专利名称：基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电化学技术，具体涉及一种基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置。
背景技术：
铅酸蓄电池是一种古老的二次电池，从发明至今已经历了 150余年的发展历程， 时至今日，其在二次电池工业中仍占据主导地位。目前国内大多铅酸蓄电池制造企业采用的铅酸蓄电池电极活性材料为铅粉，其组成是指由70% 80%的PbO和20% 30%的自由铅(Pb、PbO2和Pb3O4)组成的混合物。由于现代电化学检测方法的出现晚于铅酸蓄电池的应用，因此关于铅粉的电化学性能研究远远晚于电池本身的应用。铅酸蓄电池行业属于典型的“先应用后研究”的领域。 目前，现有方法一般先制作成品电池，后测试其容量、循环指标等。这类方法工艺流程长，制作过程容易受干扰，且铅粉量消耗大。超微电极是指一维尺寸为微米或纳米级的一类电极。它发明于上世纪60年代，此后迅速发展成为电化学的前沿领域。它具有高稳态电流密度、高电子传质速率、高信噪比、 低的检测物质消耗、信号响应快、灵敏度高等优点。近年来，超微电极技术在光电化学、生物电化学以及生物医学等前沿领域的应用探索取得了较大进展。具体在扫描显微技术、生物传感器技术、光谱电化学、痕量物质测定、生物细胞分析等中的应用，极大的促进了材料科学、纳米科学、医学、生物学的快速发展。在现有技术中，超微电极在铅酸蓄电池电化学中的应用很少有人研究或报道。然而，在电池领域中，针对电极活性物质的氧化还原反应机理、可逆性、循环稳定性、界面性能等的研究意义重大。基于超微电极的铅粉电化学性能检测可为铅酸蓄电池提供直接的电化学理论依据，大大丰富铅酸蓄电池领域的电池电化学内容。
发明内容本实用新型针对现有铅粉性能检测方法的局限性，提供了一种基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，大大提高了检测效率。本实用新型提供的基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，其特征在于，该装置包括对电极、参比电极、工作电极和电解槽，电解槽内注有电解液，对电极、参比电极和工作电极的一端均插入电解槽，工作电极是μ m级尺度的微孔电极，其内填充有铅粉作为活性物质。本实用新型具有以下优点(1)本实用新型针对现有铅粉性能检测方法的局限性，提供了一种基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，消耗电极活性物质少，信号响应快，灵敏度高，检测限低，检测
效率高。(2)使用超微电极测试铅粉的电化学性能，无需制作成品电池，缩短测试周期，减
3少了电池制作过程中固化、化成、添加剂等的干扰，实现电极活性物质与电化学性能之间的实时检测。(3)本实用新型结构简单，可以节省电极材料，有效降低高效率探测的成本。(4)本实用新型装置可直接连接电化学工作站，实施循环伏安、交流阻抗、腐蚀性能等的电化学检测。这些检测可以迅速得到铅粉容量、循环性能等。

图1为本实用新型提供的检测装置的结构示意图；图2为图1中微孔工作电极的结构示意图。
具体实施方式
下面通过借助附图和实例更加详细地说明本实用新型，但以下实施例仅是说明性的，本实用新型的保护范围并不受这些实施例的限制。如图1所示，本实用新型提供的检测装置包括对电极2、参比电极3、工作电极4和电解槽5，电解槽5内注有电解液6，对电极2、参比电极3和工作电极4的一端均插入电解槽5，在工作电极4内填充有活性物质7，活性物质即为待检测对象，如铅粉。对电极2采用单片或双片惰性电极(如钼片电极、金片电极)，表面积远大于工作电极。同时，为减小电池内阻，对电极与工作电极尽量靠近，约1 cm。参比电极3采用硫酸亚汞电极。检测池为可密封的用于电化学检测的专用三口烧瓶或电解槽。三个电极置于电解槽5中，其间距通过电解槽盖子的孔距固定。如图2所示，工作电极4的结构为电极体44的端部由环氧树脂42密封，其内为真空腔43，钼微丝45的一端穿过真空腔43并伸出至电极体44外，另一端与铜导线41相连，铜导线41与钼微丝45相连的一端封装在环氧树脂42内。电极制作完成后，置于微沸的王水中腐蚀15 60 min，根据需要孔径合适后即可使用。通过这种方法制备的微孔电极尺度为μ m级，属于超微电极。实例微孔研究电极的制作选取直径为100 μ m的钼微丝45为电子传输载体，电极体44 采用石英玻璃管。钼丝前段填埋进玻璃体内，且前端必须伸出(如图中标志)，玻璃体压埋后需打磨光滑；钼丝中段在直径1 cm的玻璃管内抽真空封装，长度为8 cm;钼丝后段于涂黑部分与铜导线41相连，并用环氧树脂42封装牢固。电极置于微沸的王水中腐蚀45 min后得到合适大小的孔洞，洗净、烘干即可使用。检测时，将少量待测活性物质7 (粉末或膏体)置于平玻璃板上，直握工作电极4在待测物上反复碾磨，即可将其嵌入微孔中，用于电化学测试。将三电极体系连接在电化学工作站1上，进行循环伏安(CV)和电化学阻抗(PEIS) 测试。CV测试的测试参数可以为dE/dt = 0.1 100 mV/s,20 mV/s最优；Ei=-L 2V、 Ef=2. OV0 PEIS测试的参数可以为Vpp=20mV，频率范围200 KHz 50 mHz。通过本实用新型进行CV测试可得到不同铅粉的循环伏安图，比较其氧化还原峰的大小可以获得不同铅粉的容量性能信息。同时，对某一铅粉进行多次CV测试，可通过铅粉多次循环后的容量变化得到其循环性能信息。
4[0024]经试验后证实了本实用新型所说的优点，获得了低成本下的高效率电化学检测信息，信号响应快，灵敏度高，检测限低。以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，其特征在于，该装置包括对电极 (2)、参比电极(3)、工作电极(4)和电解槽(5)，电解槽(5)内注有电解液(6)，对电极(2)、 参比电极(3)和工作电极(4)的一端均插入电解槽(5)，工作电极(4)是ym级尺度的微孔电极，其内填充有铅粉作为活性物质(7 )。
2.根据权利要求1所述的基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，其特征在于，对电极(2)采用单片或双片惰性电极，其表面积远大于工作电极(4)的表面积。
3.根据权利要求1或2所述的基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，其特征在于， 工作电极(4)的结构为电极体(44)的端部由环氧树脂(42)密封，其内为真空腔(43)，钼微丝(45)的一端穿过真空腔(43)并伸出至电极体(44)外，另一端与铜导线(41)相连，铜导线(41)与钼微丝(45)相连的一端封装在环氧树脂(42)内。
专利摘要本实用新型针对现有铅粉性能检测方法的局限性，提供了一种基于超微电极的铅粉电化学性能检测装置，大大提高了检测效率。该装置包括对电极、参比电极、工作电极和电解槽，电解槽内注有电解液，对电极、参比电极和工作电极的一端均插入电解槽，工作电极是μm级尺度的微孔电极，其内填充有铅粉作为活性物质。该装置可获得低成本下的高效率电化学检测信息，信号响应快，灵敏度高，检测限低。通过该装置可直接获得铅粉的容量性能、循环性能等信息，有可能代替现有制作成品电池的铅粉电化学性能检测装置。
文档编号G01N27/30GK202075263SQ20112012964
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者何 雄, 刘建文, 刘玲静, 杨丹妮, 杨家宽, 陈进一 申请人:华中科技大学