基于B-Z振荡反应的脉冲电池设计制造技术

基于B‑Z振荡反应的脉冲电池设计。该脉冲电池的正极电解液包括：0.3～0.8mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.4mol/L KBrO3，2.00×10

【技术实现步骤摘要】
基于B-Z振荡反应的脉冲电池设计
本专利技术涉及一种基于B-Z振荡反应的脉冲电池。
技术介绍
化学振荡反应是体系中某些宏观状态量如物质浓度等不是单调地增加或减少，而是发生周期性变化或呈现出时空有序演变规律，这种变化一种典型的非线性、非平衡化学现象。基于B-Z振荡化学反应体系的脉冲电池，能够产生脉冲电压。当向振荡体系中加入干扰物时会影响振荡反应的基元反应，干扰振荡反应，从而改变振荡曲线的形状，对改变所反映的周期等化学信息进行分析可进行离子的检测、浓度测定、药物分析等应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供性能可靠的基于B-Z振荡反应的脉冲电池设计。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于脉冲电池的正极电解液，其包括：0.3～0.8mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.4mol/LKBrO3，2.00×10-3～7.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，2～4.5mol/LH2SO4，以及1.0～1.4mol/L的硫酸锌。根据本专利技术的优选实施例，上述电解液可以包括：0.4～0.6mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.3mol/LKBrO3，3.00×10-3～5.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，2～4mol/LH2SO4，以及1.0～1.3mol/L的硫酸锌。根据本专利技术的最优实施例，上述电解液的组成可以为：0.5mol/LCH2(COOH)2，0.25mol/LKBrO3，4.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，3mol/LH2SO4，以及1.2mol/L的硫酸锌。根据本专利技术的优选实施例，上述电解液基本不含氯离子。根据本专利技术的优选实施例，上述电解液基本不含铜离子。根据本专利技术的第二方面，提供了一种脉冲电池，其中正极电解液采用上述电解液，正极采用铂电极；负极电解液组成为1.2mol/L的硫酸锌溶液，负极采用锌电极。根据本专利技术所设计的脉冲电池脉冲性能好，振荡时电动势能可高达1950mV。根据本专利技术的第三方面，还提供了一种针对上述脉冲电池的性能测试装置，根据本专利技术的基于B-Z振荡反应脉冲电池的性能测试装置包括：正夹套反应器，具有用于容纳正极溶液的反应器本体和位于反应器本体外侧的用于容纳恒温水的夹套，其中反应器本体具有外凸球面状底部和盖板，底部中央设有排液孔，盖板开设有用于分别插入铂电极和盐桥的开口；以及负夹套反应器，具有用于容纳负极溶液的反应器本体和位于反应器本体外侧的用于容纳恒温水的夹套，其中反应器本体具有外凸球面状底部和盖板，底部中央设有排液孔，盖板开设有用于分别插入工作电极和盐桥的开口，其中正夹套反应器的夹套与负夹套反应器的夹套通过软管相互连通，正夹套反应器的反应器本体与负夹套反应器的反应器本体通过盐桥相互连通。本专利技术的性能测试装置还可以包括电化学工作站、电脑主机以及显示器，其中电化学工作站分别与正夹套反应器的盖板中插入的铂电极以及负夹套反应器的盖板中插入的工作电极连接，电脑主机则分别与电化学工作站和显示器连接。根据本专利技术的性能测试装置，正夹套反应器的盖板中央和负夹套反应器的盖板中央还可以分别开设有用于插入相应搅拌器的搅拌轴的开口。搅拌器可以为电动搅拌器且搅拌轴底部安装有刚性搅拌桨。根据本专利技术的性能测试装置，正夹套反应器的盖板和负夹套反应器的盖板还可以分别开设有用于插入相应加液漏斗的出液管的开口。加液漏斗的出液管可以具有Z形弯曲形状。根据本专利技术的性能测试装置，正夹套反应器的盖板和负夹套反应器的盖板还可以分别开设有用于插入相应温度计的开口。根据本专利技术的性能测试装置，正夹套反应器的反应器本体的排液孔与负夹套反应器的反应器本体的排液孔还可以分别与向下的设置有排液旋塞的排液管连通。排液管的直径优选不大于6mm。本专利技术将传统的单个反应器改成由盐桥相连的两个反应器，从而避免了两种反应溶液的直接接触，减免和稳定了液接电位，同时盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路并保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡阻碍氧化还原反应的进行。本专利技术将反应器底部设计成球面状，可以保证在反应器内的被测溶液在搅拌时不会出现搅拌不均匀的区域，从而提高搅拌效果。另外，反应器底部的排液孔使得在更换被测溶液以及清洗反应器时可以快速彻底排出积液。本专利技术可以通过加液漏斗不断加入反应溶液，并由排液孔将产物排出的过程可重复操作，且温度可通过温度计观察，这样就构成了小型连续流动的搅拌反应器，很方便地到达非平衡的非线性区域，从而确保电化学振荡现象的发生。本专利技术的装置结构简单、操作便捷、成本低，且准确性、稳定性和可靠性高。本专利技术的性能测试装置可以测定不同温度条件下脉冲电池的电动势，通过分析电动势与时间的关系曲线，获取不同温度条件下脉冲电池反应的诱导时间、振荡周期，从而计算出基于B-Z振荡反应脉冲电池的振荡表观活化能与诱导表观活化能等动力学参数。当向振荡体系中加入干扰物时会影响和干扰振荡反应，从而改变振荡曲线的形状。对改变所反映的周期等化学信息进行分析即可进行离子的检测、浓度测定、药物分析等应用。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图；图2是图1所示装置的盖板俯视图；图3是正交试验后优化体系的反应曲线；图4(a)和图4(b)分别是正极采用铂电极和石墨电极的脉冲电池的测定曲线图；图5是Br-对脉冲电池电动势的影响曲线图；图6是Cl-对脉冲电池电动势的影响曲线图；图7是BrO3-对脉冲电池电动势的影响曲线图；图8是SO42-对脉冲电池电动势的影响曲线图；图9是Cu2+对脉冲电池电动势的影响曲线图；图10是Zn2+对脉冲电池电动势的影响曲线图；以及图11是ZnSO4浓度为1.2mol/L的脉冲电池电动势曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的基于B-Z振荡反应脉冲电池的性能测试装置主要包括负夹套反应器1与正夹套反应器2，二者分别具有反应器本体和位于反应器本体外侧的夹套。反应器可以由例如透明玻璃一体成型。正夹套反应器2的夹套与负夹套反应器1的夹套通过软管21相互连通。这样，恒温循环水可以从负夹套反应器1的夹套下部设置的进水口进入并从正夹套反应器2的夹套上部设置的出水口排出，图示箭头方向即为循环水流动方向。正夹套反应器2的反应器本体和负夹套反应器1的反应器本体总体为圆筒状，但底部设计成外凸(图示向下)球面状，球面状底部的中央位置具有以排液管10形式而形成的排液孔。排液管10上设置有排液旋塞9。通过打开排液旋塞9，可以将正夹套反应器2和负夹套反应器1的反应器本体中容纳的反应溶液(正极或负极溶液)从排液管10通过重力向下排出。反应器本体的底部至排液旋塞9的这段排液管10的距离尽量要短例如小于2cm，排液管10的直径(内径)尽量要小例如不大于6mm，以使这段排液管10内留置的反应溶液的量要尽可能少，从而尽量弱化反应器本体内反应溶液被搅拌时整体混合不均问题。在负夹套反应器1加注负极溶液且正夹套反应器2加注正极溶液的情况下，正夹套反应器2中可以插入铂电极3，负夹套反应器1中则插入工作电极4，二个反应器通过盐桥7连接。另外，铂电极3和工作电极4还可以通过导线分别与电化学工作站11连接以测量电势实时变化，电化学工作站11又可以与连接有显示器13的电脑主机12相连以自动计算分析并采集显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脉冲电池的正极电解液，包括：0.3～0.8mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.4mol/L KBrO3，2.00×10‑3～7.00×10‑3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，2～4.5mol/L H2SO4，以及1.0～1.4mol/L的硫酸锌。

【技术特征摘要】
1.一种用于脉冲电池的正极电解液，包括：0.3～0.8mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.4mol/LKBrO3，2.00×10-3～7.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，2～4.5mol/LH2SO4，以及1.0～1.4mol/L的硫酸锌。2.根据权利要求1所述的用于脉冲电池的正极电解液，包括：0.4～0.6mol/LCH2(COOH)2，0.1～0.3mol/LKBrO3，3.00×10-3～5.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，2～4mol/LH2SO4，以及1.0～1.3mol/L的硫酸锌。3.根据权利要求1所述的用于脉冲电池的正极电解液，其组成为：0.5mol/LCH2(COOH)2，0.25mol/LKBrO3，4.00×10-3mol/L(NH4)2Ce(SO4)3，3mol/LH2SO4，以及1.2mol/L的硫酸锌。4.一种脉冲电池，其中正极电解液根据权利要求1-3之一的电解液，正极采用铂电极；负极电解液组成为1.2mol/L的硫酸锌溶液，负极采用锌电极。5.一种脉冲电池性能测试装置，包括：正夹套反应器，具有用于容纳正极溶液的反应器本体和位于反应器本体外侧的用于容纳恒温水的夹套，其中反应器本体具有外凸球面状底部和盖板，底部中央设有排液孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文静，罗晓玉，黎学明，曹渊，熊燕，满帅帅，王雄英，胡佳欣，邹倩，牛丽丹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50