[发明专利]基于微悬臂梁传感技术的原位测试电解池及其检测方法

说明书

本发明公开一种基于微悬臂梁传感技术的原位测试电解池及其检测方法，包括电解池本体，电解池本体中部开设有腔体，腔体包括第一腔体和第二腔体，第二腔体设置在第一腔体的下方并相互连通，电解池本体的两端部分分别设置有进液口和出液口，进液口和出液口分别与电解池本体的第一腔体连通；第二腔体所在的顶部设置有微悬臂梁电极，底部设置有对电极，且微悬臂梁电极与对电极通过外接导线连通至电化学工作站。本发明利用光电传感系统对微悬臂梁电极微小的挠度变化进行信号采集，并根据微悬臂梁电极尖端挠度的实时检测来反映充放电过程中电极材料质量、体积的实时变化，从而对电化学反应过程进行深入分析，研究电极材料离子脱嵌、材料粉化等现象。

技术领域

本发明属于电化学检测技术领域，具体涉及一种基于微悬臂梁电极的用于研究电极材料的原位测试电解池及其检测方法。

背景技术

当前电化学检测方法不具有原位测试电极材料在电化学反应过程中质量变化或体积膨胀的能力，仅可提供电极电化学反应的电流、电压、电阻、频率等电学信号。对充放电过程中电极材料质量、体积变化等基本物理参数进行原位表征依然存在技术空白，进而阻碍了当代电化学技术对电极材料更为深入的研究。

微悬臂梁具有质量小、无标记、响应速度快、实时检测和灵敏度高的优点。该技术在生物、医药、环境、化工和材料领域应用广泛。微悬臂梁表面镀金导电可作为电极使用，而将微悬臂梁电极与电化学体系结合，检测电极材料在充放电过程中的质量变化和体积变化，这是目前纯粹电化学实验无法做到的。以此为基础可对电化学反应机理、电极材料循环稳定性等进行深入研究，例如电化学反应过程中电极材料的体积效应对于电极材料粉化和性能衰减有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于微悬臂梁传感技术的原位测试电解池及其检测方法，解决了现有技术电化学实验中无法检测电极材料在充放电过程中的质量变化和体积变化的难题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于微悬臂梁传感技术的原位测试电解池，包括电解池本体，所述电解池本体中部开设有腔体，所述腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第二腔体设置在第一腔体的下方并相互连通，所述电解池本体的两端部分别设置有进液口和出液口，所述进液口和出液口分别与所述电解池本体的第一腔体连通；

所述第二腔体所在的顶部设置有微悬臂梁电极，底部设置有对电极，且微悬臂梁电极与对电极通过外接导线连通至电化学工作站。

进一步的，所述电解池本体的上方设置光学检测口，所述光学检测口与电解池本体内的第一腔体相互连通。

进一步的，所述微悬臂梁电极的一端部固定在所述第一腔体所在的底面一端，微悬臂梁电极另一端尖端悬空至第二腔体的上部，至微悬臂梁电极与对电极6相互平行。

进一步的，所述进液口连通蠕动泵，并通过蠕动泵将电解液填充于电解池本体的腔体内。

所述的基于微悬臂梁传感技术的原位测试电解池的检测方法，包括以下步骤：

S1、将待检测电极材料负载于微悬臂梁电极上，并通过蠕动泵将电解液从进液口填充至电解池本体内；

S2、通过电化学工作站施加恒定电流直至微悬臂梁电极上的电极材料到达预设电位，检测充放电过程中微悬臂梁尖端的挠度变化，并根据挠度变化检测微悬臂梁电极上电极材料的质量或体积变化。

进一步的，所述待检测电极材料包括锂离子电池、钠离子电池、电容器的正极或负极材料。

进一步的，所述电解液根据待检测电极材料的物理化学特性选择。

进一步的，所述电解液是适用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器的水系或是有机系电解液。

进一步的，所述光学检测口通过光电传感系统对微悬臂梁电极的挠度进行信息采集并检测。