[发明专利]一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学装置及电化学方法

说明书

本发明属于电化学领域，尤其是涉及了一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学装置及电化学方法，用于标定熔融碱金属或碱土金属无机盐中游离氧负离子的浓度，包含外参比电极、内参比电极、连接内参比电极和外参比电极的电位计及固定内参比电极和外参比电极的固定组件，所述内参比电极包括电极套管、填充于电极套管底部的内参比盐、设置于电极套管顶部的高温密封胶、设置于电极套管内与内参比盐接触并凸出高温密封胶的金属丝。本发明的装置制备过程简单、易操作；制备所用到的材料廉价易得，极大降低了产品的制造成本；内参比电极具备优异的氧负离子响应速度，所测电位变化规律符合理论预期；连续有效使用时间不低于1个月，维护得当可使用3～6月。

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其是涉及了一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学装置及电化学方法。

背景技术

高温熔盐具有电导率高、导热性好、电化学窗口宽等优点，可作为电解质或反应媒介在电解、储能、储热、二氧化碳捕集等领域发挥重要作用。氧负离子是常见的熔盐组分，其含量不仅可改变熔体的黏度、熔点等物化性质影响熔盐介质的储热性能和酸碱性，还对熔盐电解过程中的电极反应、电解产物性质等方面有重要影响。比如，氧负离子可参与阴、阳极反应，其浓度大小影响电极反应电位和产物类型；较高浓度的氧负离子对熔盐捕获二氧化碳的吸收动力学有积极作用；调节熔盐电解质中氧负离子浓度可以调控电解二氧化碳获得的碳产物的氧含量、形貌和晶型等。因此，精确衡量熔盐中氧负离子的浓度对控制反应条件具有重要意义。目前，测量氧负离子浓度的方法主要为金属元素间接测量法、伏安法和电位法。金属元素间接测量法通常以测量异种金属元素(游离的金属离子形态)的含量来标定其对应氧化物含量(即氧负离子浓度)，该种方法不仅误差较大，而且在单一金属阳离子熔盐体系中并不适用；方波伏安法检测极限范围窄，对于氧负离子浓度较高时响应性较差(E.Y.Choi et al.,Electrochem.Solid-State Lett.,2012,15,E11)；电位法采用两电极，利用氧负离子含量与电位差的代数关系换算得到氧负离子浓度，该方法适用的熔盐体系范围广，结果较为可靠，前人以Pt作内参比电极，液态金属Li作外参比电极(S.X.Li et al.,J.Electrochem.Soc.,2002,149,H39)，但电极的设计存在稳定性差、氧负离子响应慢、电位易偏移、使用寿命短等缺点，不适合长时间使用。目前现有技术中仍缺少准确性高、稳定性好的方法测量熔盐中氧负离子浓度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学装置，具备优异的氧负离子响应速度，所测电位变化规律符合理论预期。

本发明的目的之二在于提供一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学方法，工艺简便，易于调节。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种测量熔盐氧负离子浓度的电化学装置，用于标定熔融碱金属或碱土金属无机盐中游离氧负离子的浓度，其组件主要包含外参比电极、内参比电极、连接内参比电极和外参比电极的电位计及固定内参比电极和外参比电极的固定组件，所述内参比电极包括电极套管、填充于电极套管底部的内参比盐、设置于电极套管顶部的高温密封胶、设置于电极套管内与内参比盐接触并凸出高温密封胶的金属丝。

优选地，所述熔融碱金属或碱土金属无机盐为其碳酸盐、氯化物盐、硼酸盐、氧化物中的至少一种；熔盐温度范围在200～2000℃。

优选地，所述的外参比电极为Ag/Ag₂SO₄或Ag/AgCl。

优选地，当所测熔盐为碳酸盐、硼酸盐、氧化物中任意一种时，外参比电极选用Ag/Ag₂SO₄电极；当所测熔盐为氯化物盐时，外参比电极选用Ag/AgCl电极；当所测熔盐为碳酸盐、氯化物盐、硼酸盐或金属氧化物中的两种或以上的混合体时，外参比电极选用Ag/Ag₂SO₄电极。