具有减少的测量伪差的参比电极实施方案制造技术

本发明专利技术涉及具有减少的测量伪差的参比电极实施方案。通过使参比电极的表面设有规定的表面电阻率，能够最小化或消除由于参比电极在薄膜电池单元构型中的存在引起的伪差。阐述了理论考虑，该理论考虑示出对于给定的导线大小，存在消去由于参比线的存在引起的所有伪差的理论表面电阻（或电阻率）。理论和实验结果适用于呈薄膜构型的电化学电池单元。

Implementation scheme of reference electrode with reduced measurement pseudo difference

The present invention relates to a scheme for the implementation of a reference electrode with a reduced measurement pseudo difference. By making the reference surface of the reference electrode have a specified surface resistivity, it can minimize or eliminate the artifact caused by the existence of reference electrode in the configuration of thin-film cell. A theoretical consideration is given. The theory considers that there is a theoretical surface resistance (or resistivity) that eliminates all artifacts due to the existence of reference line for a given conductor size. The theoretical and experimental results are suitable for the electrochemical cell unit with thin film configuration.

【技术实现步骤摘要】
具有减少的测量伪差的参比电极实施方案相关申请的交叉引用本申请要求于2016年5月6日提交的美国临时申请No.62/332,693的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
在薄膜电池单元中使用参比电极是惯常实践。对不希望的伪差的分析，具体地关于参比电极在具有相对的平行电极的电池单元中和电池中的布置的分析具有悠久的历史。使用参比电极的意图是将待检查的电极（称为工作电极）的响应与电池中的相对电极（对电极）的响应隔离。不利地，工作电极相对于参比电极的电势能够取决于其几何结构和大小以及其在电池单元中的布置，而且相比于不取决于其几何结构和大小以及其在电池单元中的布置的情况，取决于上述特征的情况更为经常。解释这种数据的困难部分地基于均匀电流分布的隐含假设。当该假设成立时，工作电极和隔膜中的任何固定参比点之间的电势差如期望的那样独立于对电极的性质。不利地，由于多种不同的原因，薄膜电池单元从未实现真正的均匀电流分布。因此，工作电极和参比电极之间的电势差展现出与对电极的阻抗相关联的“伪差（artifact）”。工作电极相对于参比电极的阻抗以及伪差通常是取决于频率的，这使得结果的解释复杂化。本领域技术指出由于电流分布中的不均匀性引起的避免伪差的困难，这将设计参比电极的问题减小至使这种伪差最小化并理解他们以便不使其起因与工作电极的特性混淆的一个问题。似乎存在对于能够被用于在多种不同状况下评估和解释伪差的建模工具的需要。
技术实现思路
本章节提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的全面公开。通过提供具有规定的表面电阻率的参比电极的表面，能够最小化或消除由于薄膜电池单元构型中参比电极的存在引起的伪差。阐述了理论考虑，其示出对于给定的导线大小，存在消去由于参比线的存在引起的所有伪差的理论表面电阻（或电阻率）。进一步限定，理论和实验结果适用于呈薄膜构型的电化学电池单元。在知道参比电极材料的表面电阻/电阻率在伪差的存在中发挥作用的情况中，通过在电极的表面上施加一层或多层电阻材料并测试伪差能够经验地设计参比电极。替代性地，能够根据本文所述的理论方法计算参比电极的理论表面电阻/电阻率，并且能够针对伪差测试所得的薄膜电化学电池单元以确认。本专利技术还包括以下技术方案：方案1.一种薄膜电池单元，包括工作电极；对电极；隔膜，其设置在所述电极之间并保持所述电极处于间隔分开的关系；电解质，其在所述隔膜中并与所述工作电极和所述对电极流体接触；参比电极，其在所述对电极和所述工作电极之间设置在所述隔膜中；并且其中，所述参比电极是导电线，其具有施加于其表面的电阻涂层。方案2.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层是离子电阻涂层。方案3.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括有机聚合物。方案4.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括陶瓷。方案5.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括铝、钙、镁、钛、硅或锆的氮化物、碳化物、氧化物或硫化物。方案6.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述参比电极具有1×10-10ohm-cm2或更大的表面电阻率。方案7.根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电解质具有电导率σ，所述电极间隔分开距离L，所述参比电极的半径为R0，并且所述参比电极的以ohm-cm2为单位的表面电阻率在数值上等于以cm为单位的所述半径R0除以以(ohm-cm)-1为单位的所述电导率σ。方案8.一种包括多个电化学电池单元的电池，其中，所述电池单元中的至少一个是根据方案1所述的薄膜电池单元。方案9.一种根据方案8所述的锂离子电池。方案10.一种构建电化学电池单元的方法，所述电化学电池单元包含由包含电解质的隔膜分开的工作电极和对电极，并且还包括呈布置在所述工作电极和所述对电极之间的导线的形式的参比电极，所述电池单元基本上没有能够归因于所述参比电极的存在的阻抗伪差，所述方法包括将具有第一厚度的电阻涂层施加到所述参比电极的表面，将所述电池单元中的电极安装在所述工作电极和所述对电极之间的空间中。方案11.根据方案10所述的方法，包括将所述电阻涂层施加至大于所述第一厚度的第二厚度。方案12.根据方案10所述的方法，还包括针对阻抗伪差测试所述电池单元。方案13.根据方案10所述的方法，包括通过选自包括以下方法的集合的方法添加所述电阻涂层：原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、射频溅射及其组合。方案14.根据方案10所述的方法，包括通过将所述导线浸入熔融有机聚合物中来添加所述电阻涂层。方案15.一种薄膜电化学电池单元，包括工作电极；对电极；隔膜，其设置在所述电极之间并保持所述电极处于间隔分开的关系；电解质，其处于所述隔膜中并与所述工作电极和所述对电极流体接触；以及参比电极，其在所述对电极和所述工作电极之间设置在所述隔膜中；其中，所述电池单元基本上不展现能够归因于所述参比电极的存在的阻抗伪差。方案16.根据方案15所述的薄膜电池单元，其中，所述电解质具有电导率σ，所述电极间隔分开距离L，所述参比电极是半径为R0的导线，并且所述参比电极的以ohm-cm2为单位的表面电阻率在数值上等于以cm为单位的所述半径R0除以以(ohm-cm)-1为单位的所述电导率σ。方案17.一种包括多个薄膜电池单元的可再充电电池，其中，所述电池中的薄膜电池单元中的至少一个是根据方案15所述的薄膜电池单元。方案18.一种用于有机电合成的电池单元，包括根据方案15所述的薄膜电池单元。方案19.一种燃料电池单元，包括根据方案15所述的电化学薄膜电池单元。从本文提供的描述中，其他适用领域将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述和具体示例仅旨在说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。附图说明本文描述的附图仅出于所选实施例的说明性目的，且不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。图1是薄膜电池单元中的不均匀电流分布的示意图；图2（a）-2（c）。图2（a）是Adler使用的电池单元几何结构的示意图（S.B.Adler,J.Electrochem.Soc.,149(5)E166-E172(2002)）。图2（b）是基于方程（6），使用不同的Y值，工作电极相对于参比电极的阻抗的奈奎斯特曲线图（Nyquistplot）。在这些模拟中，从参考文献[9]（S.B.Adler,J.Electrochem.Soc.,149(5)E166-E172(2002)）获取的参数的值在表1中给出。（c）是基于方程（6），使用不同的Y值，对电极相对于参比电极的阻抗的奈奎斯特曲线图。在这些图中看到的感应性伪差与参考文献[9]的图6（a）中所示的伪差非常相似。当时，不存在伪差。图3是插在两个隔膜层之间的参比电极线的示意图。假设电极和隔膜在围绕参比线的两个方向上无限延伸。电势是穿过距离参比线大的距离的隔膜的电势，其中电流分布是均匀的。（见方程（17））。取决于点多么接近参比线，电势差和具有根据变化的值。（见方程（16））。图4是基于不同参数值的电势方程的数值模拟的电流线（暗）和恒定电势线（更亮）的示意图。图5（a）-5（b）是当Zw=1并且Zc=0时无量纲参比线电势的示意图：图5（a）对于不同的值，。在数值解和表2中给出的公式之间进行比较。橙色的公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜电池单元，包括工作电极；对电极；隔膜，其设置在所述电极之间并保持所述电极处于间隔分开的关系；电解质，其在所述隔膜中并与所述工作电极和所述对电极流体接触；参比电极，其在所述对电极和所述工作电极之间设置在所述隔膜中；并且其中，所述参比电极是导电线，其具有施加于其表面的电阻涂层。

【技术特征摘要】
2016.05.06 US 62/332693;2017.04.26 US 15/4979821.一种薄膜电池单元，包括工作电极；对电极；隔膜，其设置在所述电极之间并保持所述电极处于间隔分开的关系；电解质，其在所述隔膜中并与所述工作电极和所述对电极流体接触；参比电极，其在所述对电极和所述工作电极之间设置在所述隔膜中；并且其中，所述参比电极是导电线，其具有施加于其表面的电阻涂层。2.根据权利要求1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层是离子电阻涂层。3.根据权利要求1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括有机聚合物。4.一种包括多个电化学电池单元的电池，其中，所述电池单元中的至少一个是根据权利要求1所述的薄膜电池单元。5.一种根据权利要求4所述的锂离子电池。6.一种构建电化学电池单元的方法，所述电化学电池单元包含由包含电解质的隔膜分开的工...

【专利技术属性】
技术研发人员：BR小鲍威尔，MW费尔布鲁格，DR贝克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US