[发明专利]用于高压水热体系的三电极电化学测量系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于原位监测材料在高压水热体系中电化学腐蚀和高压水热体系与电相互作用的三电极电化学测量装置，属于电化学测量技术领域。

背景技术

近年来，随着火力发电厂、核电站的增多，超临界氧化、高温高压合成、高温高压电解等技术的发展，以及对深海热液系统的研究需要，越来越多的高压水热体系出现在人们的视野中，可以说，高压水热体系关系到了能源、环境、资源等各个领域。并且随着科学技术的发展，人类活动所涉及到的高压水热体系其温度和压力也越来越高，例如发电厂所用超超临界锅炉运行温度不低于593℃，压力不低于31 MPa。材料在高压水热体系中腐蚀动力学、热力学过程以及高压水热体系本身物理、化学性质是高压水热科学领域的重点研究目标。而三电极电化学测量技术是了解材料在流体中腐蚀行为以及流体本身物理、化学性质的一种重要方法，因此建立一种可满足现有要求的高压水热体系三电极电化学测量系统具有重要的意义。

由于温度高、压力大、腐蚀性强等特点，建立可用于高压水热体系的三电极电化学测量系统，在实际操作中存在着诸多技术难题。如何将工作电极、参比电极以及辅助电极的电信号，以合适的密封机构，由高温高压区安全的引入常温常压区是其中最关键的技术。在各个电极同高温高压容腔体的对接过程中，不仅要求密封机构能够承受高温高压容腔体内部的温度和压力，而且还要求密封机构能够有效的将电极与高温高压容腔体相绝缘，以保证所测电信号的准确性。

目前，在高压水热体系中使用的工作电极与辅助电极，通常由聚四氟乙烯、氟橡胶、硅胶、环氧树脂等既具有一定塑性和强度且有较好绝缘性能的密封材料与电极配合所形成的各种密封机构以冷密封和热密封的方式引出。在冷密封方式中，目前的通常办法是通过将高温高压容腔体的某一部位延伸至冷区以使密封在冷区完成，或在冷却系统的帮助下降高温高压容腔体的某一部位冷却后再在此部位完成密封。目前能找到的以冷密封方式安装的电极其同时可达到的温度、压力纪录为528℃、34.5 MPa（D. D. Macdonald and L. B. Kriksunov, Probing the chemical and electrochemical properties of SCWO systems. Electrochimica Acta, 2001, 47: 775–790）。但是，该种密封方式会大大增加高温高压容腔体内的温度梯度，从而一方面使高温高压容腔体内流体几乎无法达到平衡，另一方面亦会使得电极响应偏离理想状态，因此使得利用冷密封方式电极所获得的电化学测量结果在稳定性甚至可靠性上受到了极大的挑战。热密封是将密封机构直接安装在高温压力容器高温区的一种密封方式，因此其不存在冷密封遇到的上述问题，但聚四氟乙烯、氟橡胶、硅胶、环氧树脂等各种密封材料在较高温度下会发生热分解、熔融以及强度显著降低等问题，因此严重地限制了电极的工作温度与压力，使得目前用于高压水热体系的各种热密封电极最高工作温度与压力难以超过400℃、40 MPa。