CN104122310A - 一种水溶电解液体系及其在电化学氧气传感器中的应用 - Google Patents

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秦浩
祁欣
徐振忠
迟超
张巍
周明军
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Abstract

一种水溶电解液体系及其在电化学氧气传感器中的应用，它涉及一种电解液及其应用。本发明的目的是要解决现有电解液体系存在容易发生水分挥发而造成传感器失效的问题。一种水溶电解液体系由电解质材料和支持材料组成；所述的电解质材料为水；所述的支持材料为亲水性离子液体；将亲水性离子液体置于一定湿度的环境下自然吸水直至恒重，即得到水溶电解液体系。水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用。优点：利用亲水性离子液体较强的吸水特性，实现对水电解质材料的吸收与保持，从而避免因水电解质挥发造成的传感器性能差、寿命短。

Description

一种水溶电解液体系及其在电化学氧气传感器中的应用
技术领域
本发明涉及一种电解液及其应用。
背景技术
在本领域中电化学氧气传感器及水氧电化学反应是公知的，氧气与水在催化电极催化作用下发生电化学反应，产生的电化学电流与氧气浓度/分压具有一定的函数关系，利用这一函数关系实现对氧气浓度/分压的检测。传统的以氯化钾等无机盐水溶液为电解液已经被描述用于电化学氧气传感器，上述电解液体系在高温或者低气压等恶劣环境条件下容易发生水分挥发而造成传感器失效，并且是不可逆的。
发明内容
本发明的目的是要解决现有电解液体系存在容易发生水分挥发而造成传感器失效的问题，而提供一种水溶电解液体系及其在电化学氧气传感器中的应用。
一种水溶电解液体系由电解质材料和支持材料组成；所述的电解质材料为水；所述的支持材料为亲水性离子液体；将亲水性离子液体置于湿度为5％～100％的环境下自然吸水直至恒重，即得到水溶电解液体系。
一种水溶电解液体系的应用，作为电解液在电化学氧气传感器中的应用。
本发明的优点：利用亲水性离子液体较强的吸水特性，实现对水电解质材料的吸收与保持，从而避免因水电解质挥发造成的传感器性能差、寿命短。
附图说明
图1是试验一中电化学氧气传感器示意图；
图2是以咪唑类亲水离子液体作为支持材料的水溶电解液体系制作的电化学氧气传感器长期稳定性输出特性曲线；
图3是以咪唑类亲水离子液体作为支持材料的水溶电解液体系制作的电化学氧气传感器长期稳定性输出特性曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种水溶电解液体系由电解质材料和支持材料组成；所述的电解质材料为水；所述的支持材料为亲水性离子液体；将亲水性离子液体置于湿度为5％～100％的环境下自然吸水直至恒重，即得到水溶电解液体系。
利用亲水性离子液体较强的吸水特性，实现对水电解质材料的吸收与保持，从而避免因水电解质挥发造成的传感器性能差、寿命短。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的亲水性离子液体由亲水性阳离子和亲水性阴离子组成。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式所述的亲水性离子液体由亲水性阳离子和亲水性阴离子组成，亲水性离子液体呈电中性，即亲水性离子液体中亲水性阳离子带的正电荷与亲水性阴离子带的负电荷相等，亲水性离子液体在一定的环境条件下能够自然吸收环境中的水分，并且能够实现对水分的保持，甚至在一定的真空度及高温条件下仍能实现对水分的保持，而不需要向其中加入水。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的亲水性阳离子选自咪唑阳离子、吡啶阳离子、噻唑阳离子、吡咯阳离子和噻唑啉阳离子。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的亲水性阴离子选自卤化物阴离子、硝酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、多氟烷烃磺酸根阴离子、烷基硫酸根阴离子、烷烃磺酸根阴离子和醋酸根阴离子。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式是一种水溶电解液体系在电化学氧气传感器中的应用，水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：所述的水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用时，采用隔膜将工作电极与水溶电解液体系隔离。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六之一不同点是：所述的水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用时，首先将水溶电解液体系吸附在载体上。其他与具体实施方式五或六相同。
采用下述试验验证本发明效果
试验一：结合图1，一种水溶电解液体系在电化学氧气传感器中的应用：
水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用；
所述的水溶电解液体系由电解质材料和支持材料组成；所述的电解质材料为水；所述的支持材料为1-丁基-3-甲基咪唑；将1-丁基-3-甲基咪唑置于湿度为40％的环境下自然吸水直至恒重，即得到水溶电解液体系。
图1是本试验中电化学氧气传感器示意图，图中1为透气膜、2为工作电极、3为隔膜、4为吸附在固载上的电解液体系、5为对电极、6为微型电路、7为壳体；微型电路6置于壳体7内，在微型电路6上安置对电极5，在对电极5上安置吸附在载体上的电解液体系4，在吸附在载体上的电解液体系4上安置工作电极2，在工作电极2上安置透气膜1；
工作原理：环境中的氧气分子透过透气膜1到达工作电极2表面，在工作电极2的催化作用下与吸附在载体上的电解液体系中电解液发生电化学反应，在工作电极2与对电极5之间产生一个与氧气浓度(分压)具有一定函数关系的反应电流。
传感器放在正常环境下进行稳定，直至输出稳定，结果图示于图2。正常环境：温度15℃～35℃、湿度20％～80％、气压86kPa～106kPa。通过图2是传感器装配后稳定性实验数据，表达的信息有三个方面：一、传感器装配完成后需要一定的稳定时间，输出稳定；二、传感器寿命超过以氯化钾等无机盐水溶液为电解液的电化学氧传感器(通常为六个月)，解决了传感器寿命问题；三、传感器在整个寿命考核期间，输出稳定。
利用测试装置向传感器通入N2(99.9％以上)、(10±2)％、(20±2)％、(30±2)％、(40±2)％、(50±2)％的O2标准气，气体流量为100ml/min，对传感器非线性进行测试，结果图示于图3。通过图3是传感器稳定6个月后进行的非线性测试数据，通过数据可以看出，传感器工作的直线方程的R2＝0.9904，从而可以算出传感器非线性为0.96％，达到目前国际电化学氧气传感器的水平，表现出了优异的性能。

Claims (7)

1.一种水溶电解液体系，其特征在于水溶电解液体系由电解质材料和支持材料组成；所述的电解质材料为水；所述的支持材料为亲水性离子液体；将亲水性离子液体置于湿度为5％～100％的环境下自然吸水直至恒重，即得到水溶电解液体系。
2.根据权利要求1所述的一种水溶电解液体系，其特征在于所述的亲水性离子液体由亲水性阳离子和亲水性阴离子组成。
3.根据权利要求2所述的一种水溶电解液体系，其特征在于所述的亲水性阳离子选自咪唑阳离子、吡啶阳离子、噻唑阳离子、吡咯阳离子和噻唑啉阳离子。
4.根据权利要求2所述的一种水溶电解液体系，其特征在于所述的亲水性阴离子选自卤化物阴离子、硝酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、多氟烷烃磺酸根阴离子、烷基硫酸根阴离子、烷烃磺酸根阴离子和醋酸根阴离子。
5.一种水溶电解液体系在电化学氧气传感器中的应用，其特征在于水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用。
6.根据权利要求5所述的一种水溶电解液体系在电化学氧气传感器中的应用，其特征在于所述的水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用时，采用隔膜将工作电极与水溶电解液体系隔离。
7.根据权利要求6所述的一种水溶电解液体系在电化学氧气传感器中的应用，其特征在于所述的水溶电解液体系作为电解液在电化学氧气传感器中的应用时，首先将水溶电解液体系吸附在载体上。
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