一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置、检测系统及利用电极表征装置表征电极的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种核磁共振‑电化学联用的电极表征装置、检测系统及利用前述装置表征电极的方法；电极表征装置包括固体电解质原位电化学池，其具有密封经包裹封装后的待测电极样品的密封框、以及依次层叠的金属集流片、固体电解质膜和与金属集流片相对设置的金属对电极以及固体核磁样品管；在对待测电极样品进行检测时，固体电解质原位电化学池被封装在固体核磁样品管中，固体电解质膜的膜材料包括但不限于全氟磺酸聚合物膜、聚醚醚酮聚合物膜、聚苯并咪唑聚合物膜中的任意一种。本发明专利技术解决了现有电化学检测的两电极或三电极体系难以与核磁技术进行有效整合，相关检测信号也难以令人满意的弊端，并提供了可有效与核磁检测技术相耦合的电化学装置。

【技术实现步骤摘要】
一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置、检测系统及利用电极表征装置表征电极的方法
本专利技术属于电化学能源
，具体的说是涉及一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置、检测系统及利用电极表征装置表征电极的方法。
技术介绍
基于核磁共振的分析检测技术，在目前化学、材料、生物技术、医学等领域具有重要的应用意义。核磁共振，是指核磁矩不为零的原子核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率的射频辐射的物理过程。固体核磁共振技术是以固态样品为研究对象的分析技术。在液体样品中，分子的快速运动将导致核磁共振谱线增宽的各种相互作用(如化学位移各向异性和偶极-偶极相互作用等)平均掉，从而获得高分辨的液体核磁谱图；对于固态样品，分子的快速运动受到限制，化学位移各向异性等各种作用的存在使谱线增宽严重，因此固体核磁共振技术分辨率相对于液体的较低。在能源技术的研究领域，特别是通过化学能-电能相互转换的电化学能源技术中，离子在电极与固体电解质中的迁移行为机制，一直是困扰世界各国研究人员的关键基础科学问题之一，也是电极材料开发、结构设计等方面的重要研究基础。核磁共振技术在包括H、Li等元素的分析表征方面的显著优势，使得其具有成为电极材料离子迁移行为分析的有力工具。但目前为止，由于核磁共振检测装置，特别是固体核磁装置的内在特性，电化学检测的两电极或三电极体系难以与核磁技术进行有效整合，相关检测信号也难以令人满意。鉴于此，有必要开发一种可有效与核磁检测技术相耦合的电化学装置，其具有的高分辨核磁信号，以为电化学能源技术乃至其他相关的材料、生物
提供有力的基础研究保障。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是要提供一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置，该装置在不同电化学条件下有效检测固体样品中的离子行为信号，且使得信号分辨率大幅提高。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置，其特征在于，包括：固体电解质原位电化学池，其至少具有密封经包裹封装后的待测电极样品的密封框、以及依次层叠的金属集流片、固体电解质膜和与所述金属集流片相对设置的金属对电极；以及固体核磁样品管。其中，在对待测电极样品进行检测时，所述固体电解质原位电化学池被封装在所述固体核磁样品管中。基于上述方案，进一步优选的，所述待测电极样品所对应的包裹封装材料包括但不限于凝胶材料、塑料晶体材料以及聚合物材料中的任意一种。基于上述方案，进一步优选的，所述固体电解质膜的膜材料包括但不限于全氟磺酸聚合物膜、聚醚醚酮聚合物膜、聚苯并咪唑聚合物膜中的任意一种。基于上述方案，进一步优选的，所述金属集流片所对应的材料包括但不限于金、铜、银中的任意一种。基于上述方案，进一步优选的，所述金属对电极所对应的材料包括但不限于铂、金、银中的任意一种。本专利技术的另一目的是要提供一种包括上述任意方案所述的电极表征装置的检测系统。本专利技术的另一目的是要提供一种利用所述的电极表征装置的表征电极的方法，其包括如下步骤：S1、对待测电极样品进行包覆封装；S2、检测电极的制备与封装，即在压合温度为100至150℃，压力为200至2000kgcm-2条件下，将一定尺寸的金属集流薄片与一定尺寸的金属对电极薄片分别压合于固体电解质膜的两侧，并分别将电极导线焊接于金属集流薄片与对电极的边缘位置；S3、将具有经包裹封装后的待测电极样品的密封框压合于检测电极的金属集流薄片侧并紧密固定以构成固体电解质原位电化学池；S4、将所述固体电解质原位电化学池被封装在所述固体核磁样品管中。基于上述方案，进一步优选的，所述S1其包括如下步骤：S11、将一定质量的固体待测样品加入一定量的乙醇溶液进行超声分散直至完全均匀，随后加入包覆材料溶液混合均匀后在滴入固定模具中在室温真空条件下干燥若干小时；其中，所述包覆材料溶液的质量为0.5至10倍待测固体待测样品的质量，且所述包覆材料溶液依据所选取的材料进行各自所对应的溶液制作工序；若采用凝胶材料，则将其溶解入水溶液中，使得其浓度为1至10％，随后与样品分散液混合均匀后加热至60至90℃，再冷却后再滴入固定模具中干燥待用；若采用塑料晶体材料，则将其溶解至丙酮中，使得浓度为1至10％，在室温下混合均匀后，再滴入固定模具中干燥待用；采用聚合物材料，则直接将浓度为1至10％聚合物材料与待测样品溶液混合均匀后干燥待用；S12、对带有固体待测样品的固定模具进行增湿处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术可进行电化学原位检测：其能够进行不同电化学条件下的离子行为信号检测；可进行固体样品的检测：2、其可有效检测固体样品中的离子行为信号且信号分辨率高：3、由于本专利技术进行了湿度控制，能够使得信号分辨率大幅提高且检测过程可控简单有效；4、其使用过程简单可控、实用性强，其相比于其他方法，其可用于包括燃料电池、锂离子电池、金属空气电池在内的各类电极材料的氢离子、氢氧根离子、锂离子的检测，具有适用范围广泛的优点。附图说明图1a为本专利技术所述装置对应的结构示意图；图1b为本专利技术所述固体电解质原位电化学池对应的结构示意图；图1c为本专利技术所述固体电解质原位电化学池对应的结构拆解示意图；图1d为本专利技术所述固体电解质原位电化学池对应的俯视结构示意图；图1e为本专利技术所述固体电解质原位电化学池对应的侧视结构示意图；图2专利技术所述实施例1对应的的电化学原位核磁共振氢谱检测结果。图中：1、密封框，2、金属集流片，3、固体电解质膜，4、金属对电极，5、凝胶。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。鉴于现有的两电极或三电极体系电化学检测装置难以与核磁技术进行有效整合，以及相关检测信号难以令人满意。本专利技术提供了一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置(图1)，包括：固体电解质原位电化学池，其至少具有密封经包裹封装后的待测电极样品5的密封框1、金属集流片2、与所述金属集流片2相对设置的金属对电极4以及固体电解质膜3；以及固体核磁样品管；其中，在对待测电极样品进行检测时，所述固体电解质原位电化学池被封装在所述固体核磁样品管中。本装置基于核磁共振检测原理，由于固体材料中分子运动受限严重，相较液体或胶体材料信号强度与分辨率不足的缺点，采用胶体或聚合物封装技术，将待测样品的离子迁移通道封装于固体材料中，在增湿条件下离子在通道中的迁移仍可接近于液相中的行为机制，从而大大消除了辅助固体材料的信号强度，待测样品离子迁移信号则大幅增强。与此同时，不采用传统固体核磁的高速旋转检测模式，也可使得金属电极能够顺利与电化学工作站进行连接，从而进行原位的表征。基于上述方案，进一步优选例1，所述待测电极样品所对应的包裹封装材料包括但不限于凝胶材料、塑料晶体材料以及聚合物材料中的任意一种；优选的，所述凝胶材料可采用琼脂，塑料晶体材料采用聚醚醚酮、聚乙烯、尼龙等材料中的任意一种，聚合物材料采用环氧乙烷。基于上述优选例1，进一步优选例2，所述固体电解质膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振‑电化学联用的电极表征装置，其特征在于，包括：固体电解质原位电化学池，其至少具有密封经包裹封装后的待测电极样品的密封框、以及依次层叠的金属集流片、固体电解质膜和与所述金属集流片相对设置的金属对电极；以及固体核磁样品管；其中，在对待测电极样品进行检测时，所述固体电解质原位电化学池被封装在所述固体核磁样品管中。

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振-电化学联用的电极表征装置，其特征在于，包括：固体电解质原位电化学池，其至少具有密封经包裹封装后的待测电极样品的密封框、以及依次层叠的金属集流片、固体电解质膜和与所述金属集流片相对设置的金属对电极；以及固体核磁样品管；其中，在对待测电极样品进行检测时，所述固体电解质原位电化学池被封装在所述固体核磁样品管中。2.根据权利要求1所述的电极表征装置，其特征在于：所述待测电极样品所对应的包裹封装材料包括但不限于凝胶材料、塑料晶体材料以及聚合物材料中的任意一种。3.根据权利要求1所述的电极表征装置，其特征在于：所述固体电解质膜的膜材料包括但不限于全氟磺酸聚合物膜、聚醚醚酮聚合物膜、聚苯并咪唑聚合物膜中的任意一种。4.根据权利要求1所述的电极表征装置，其特征在于：所述金属集流片所对应的材料包括但不限于金、铜、银中的任意一种。5.根据权利要求1所述的电极表征装置，其特征在于：所述金属对电极所对应的材料包括但不限于铂、金、银中的任意一种。6.一种检测系统，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述的电极表征装置。7.一种利用权利要求1-5任意一项所述的电极表征装置表征电极的方法，其包括如下步骤：S1、对待测电极样品进行包覆封装；S2、检测电极的制备与封装，将一定尺寸的金属集流薄片与一定尺寸的金属对电极薄片分别压合于固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，夏章讯，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21