CN104792837B - 一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，包括电解池池体、工作电极、泵、流量计和储液槽，所述电解池池体由具有长方形截面的流道及设置于流道上方的围堰构成，所述流道两端相对应地设置有由方管渐变过渡为圆管的进口整流管和出口整流管，所述围堰内设置有与流道相连通的工作电极插口，所述工作电极插口正下方的流道底部镶嵌有与流道平齐的辅助电极；本发明系统不但使电解液流速稳定且可控，同时通过装置本身独特的构造省去了鲁金毛细管，避免电解液受障碍物干扰，并可获得易于模拟和描述的流场，便于对电极表面过程机理的研究，此外还具有方便可靠，操作简单，安全实用等优点。

Description

一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统

技术领域

本发明涉及电化学测试及电镀领域，更具体的说，是涉及一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统。

背景技术

电解池是电化学实验常用的实验装备。目前，用于实验室电化学测试用电解池主要有：一体式电解池和可分离式电解池；还有一种是由广口瓶等玻璃仪器和橡胶塞组成的较为简单的电解池。这些电解池大多由辅助电极、工作电极、鲁金毛细管和池体构成。电解池内液体的流动主要通过磁力搅拌实现，利用磁力搅拌器不能精确控制电极表面电解液的流速，对电极、工作电极、鲁金毛细管在管内对电解液的流动有扰动作用，也使得电解液在电解池内的流动紊乱，不便于对电极表面过程机理的研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，本发明系统不但使电解液流速稳定且可控，同时通过装置本身独特的构造省去了鲁金毛细管，避免电解液受障碍物干扰，并可获得易于模拟和描述的流场，便于对电极表面过程机理的研究，此外还具有方便可靠，操作简单，安全实用等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，包括电解池池体、工作电极、泵、流量计和储液槽，所述电解池池体由具有长方形截面的流道及设置于流道上方的围堰构成，所述流道两端相对应地设置有由方管渐变过渡为圆管的进口整流管和出口整流管，所述围堰内设置有与流道相连通的工作电极插口，所述工作电极插口正下方的流道底部镶嵌有与流道平齐的辅助电极；

所述工作电极通过工作电极插口插入电解池池体形成有封闭的长方形流道，所述工作电极的下表面设置有矩形凸台，矩形凸台内设置有突出于工作电极上表面的L形导电金属，L形导电金属的下方连接有与所述矩形凸台下表面形成有基材凹槽的导电金属块，所述导电金属块与矩形凸台之间形成的缝隙内填充有密封胶，所述基材凹槽其中相对应的两侧设置有导电孔，位于导电孔正上方的工作电极上表面设置有与导电孔相连通的矩形凹槽，矩形凹槽内灌注有导电琼脂；

所述进口整流管通过软管依次连接有流量计、泵、流量阀和储液槽的出口管，所述出口整流管通过软管与储液槽的进口管相连接，所述储液槽还设置有带有阀门的排气管和排液管。

所述导电孔的孔径在1mm以下。

所述储液槽的布置低于本系统中的其他装置。

所述排液管设置于储液槽的底端。

所述工作电极上表面还设置有磁铁凹槽。

所述基材凹槽内设置有与矩形凸台下表面平齐的金属基材。

所述辅助电极为钛辅助电极且突出于电解池池体侧边。

所述基材凹槽的凹陷深度为8-100微米。

所述导电金属均由铜构成。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明系统中电解池的电解液流道为长方形截面，工作电极插口与插入其中的工作电极紧密配合，与电解池池体形成封闭的长方形截面流道，电解液在其中水平流动且保持稳定，其次通过系统中设置的流量计和流量阀可以量化地控制电解液的流动情况。

2.本发明系统中的工作电极上表面设有矩形凹槽；矩形凹槽内部灌注有导电琼脂；工作电极的下表面设置有矩形凸台，矩形凸台下表面设置有与矩形凹槽相连通的导电孔；矩形凹槽、导电琼脂和导电孔共同起到了传统电解池中鲁金毛细管的作用，由于省去了鲁金毛细管，使得电解液在电解池中的流动情况不受障碍物的干扰，稳定可靠。

3.本发明系统中各个装置通过软管可以方便快捷的安装拆卸，储液槽上设有带有阀门的排气管和排液管，能做到及时清洗和排除废液，整体操作简便，安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中电解池池体的结构示意图。

图3是图2中B-B向的剖视状态结构示意图。

图4是本发明中工作电极的仰视结构示意图。

图5是本发明中工作电极的俯视结构示意图。

图6是图5中B-B向的剖视状态结构示意图。

图7是本发明中储液槽的结构示意图。

附图标记：1-电解池池体 2-工作电极 3-流量计 4-泵 5-流量阀6-储液槽 7-软管 10-流道 11-围堰 12-工作电极插口 13-辅助电极 14-进口整流管 15-出口整流管16-密封圈 20-矩形凸台 21-L形导电金属 22-导电金属块 23-基材凹槽 24-密封胶25-导电孔26-矩形凹槽 27-磁铁凹槽 60-进口管 61-出口管 62-排气管 63-阀门64-排液管65-阀门

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1和图7所示，一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，包括电解池池体1、工作电极2、流量计3、泵4和储液槽6，泵4的出口与流量计3入口相连，流量计3出口通过软管7与电解池进口整流管14相连，电解池出口整流管15通过软管7与储液槽6的进口管60相连，储液槽6的出口管61通过软管7与流量阀5相连，流量阀5与泵4的入口相连，构成循环系统，其中储液槽6的布置低于本系统中的其他装置。

如图1至图3所示：电解池池体1水平放置，由具有长方形截面的流道10及设置于流道10上方的围堰11构成，流道10的左右两端相对应的设置有进口整流管14和出口整流管15，进口整流管14和出口整流管15均由方形管向圆形管过渡的渐变管构成，他们的方形管端分别与流道10相接，且其方形管端的流通截面与流道10的长方形流通截面相同，可以实现平滑连接；在位于围堰11内的流道10的上表面中开设有工作电极插口12，在工作电极插口12正下方的流道10下表面镶嵌有辅助电极13，本实施例中辅助电极13为钛辅助电极，其上表面与流道10的下表面齐平且突出于电解池池体1的侧边，工作电极插口12可以与插入其中的工作电极2紧密配合，此外工作电极插口12内配有密封圈16，以确保其相互配合后密封良好，同时使得流道10封闭，从而构成完整的、流通截面形状及大小均恒定的流道10；工作电极2与工作电极插口12配合后，围堰11中可以储存少量电解液，用于通过盐桥与参比电极连通，围堰11中的电解液与流道10中的电解液由工作电极2隔离。

如图1至图6所示：工作电极2的下表面设置有矩形凸台20，矩形凸台20的形状可以使工作电极2与工作电极插口12紧密配合，矩形凸台20内设置有L形导电金属21，L形导电金属21的竖向段突出于工作电极2的上表面用于与电化学工作站连接，L形导电金属21的横向段下方等间距的焊接有导电金属块22，导电金属块22的下表面低于矩形凸块20的下表面10微米形成有基材凹槽23，导电金属块22与矩形凸台20之间形成的缝隙内填充有密封胶24，用以防止电解液侵蚀导电金属块22；在尽可能靠近基材凹槽23的地方设有导电孔25，本实施例中的导电孔25为1mm，在位于导电孔25正上方的工作电极2上表面设有矩形凹槽26，矩形凹槽26与导电孔25相连通，矩形凹槽26内充满溶解有导电盐的琼脂，当工作电极2插入电解池池体1的工作电极插口12时，通过导电孔25及矩形凹槽26内的琼脂，流道10和围堰11中的电解液可以导通，因此导电孔25、矩形凹槽26和在其中的导电琼脂起到传统电解池中鲁金毛细管的作用。此外本发明中的所有导电金属均由铜材料制成。

此外，在工作电极2的上表面上还设有磁铁凹槽27，可以用来盛放磁铁并用环氧胶固定并封住，因为有些基材具有铁磁性，可以通过磁铁吸引固定在基材凹槽23中；对于不具备铁磁性的基材，需要用导电胶粘在导电金属块22上，当然，无论采用何种方式，放置基材后必须保证基材表面与矩形凸台20的下表面平齐。

如图7所示：储液槽6由进口管60、出口管61、排气管62和排液管64组成；排气管62装在储液槽6顶部，配有阀门63，在系统内有空气的情况下可以打开阀门63将空气排出，关上阀门63后本发明系统成密闭体系；排液管64安装在储液槽6的最底端，有阀门65控制其排液。

以下为本发明系统的工作原理及步骤：

1.开始实验前需要向体系加注电解液：本系统由电解池池体1上侧的工作电极插口12加入电解液，在加注电解液过程中工作电极2不能插入工作电极插口12，先将储液槽6排气管62上的阀门63打开，然后由工作电极插口12灌入电解液；阀门63在灌液过程中需要全程打开，否则将会引起装置内空气的积滞，流量阀5在灌液过程中也需要打开，否则不能正常灌液，当电解液淹没工作电极插口12数厘米后，停止加液，关闭阀门63，此外在加液过程中泵4处于停止运行的状态。

电化学工作站的辅助电极信号线与辅助电极13连接，工作电极信号线与L形导电金属21连接；围堰11中的电解液通过盐桥与参比电极连通，电化学工作站的参比电极信号线和参比电极连通，在实验或者电镀过程中，导电孔25、矩形凹槽26和在其中的导电琼脂起到传统电解池中鲁金毛细管的作用，完成上述步骤，即可以将工作电极2插入工作电极插口12，开始实验。

2.实验过程中：本实例中电解液的流动方式为循环流动，电解液从泵4出口流过转子流量计3，进入电解池池体1的进口整流管14，在进口整流管14中流通截面由圆形过渡为方形，流经流道10后又通过出口整流管15中流通截面由方形过渡为圆形，电解液流经电解池池体1的过程中，流通截面最多是缓缓渐变的，没有局部的突变，这使得电解池池体1中的流体在整个流道10范围内充分发展，分布均匀，没有漩涡；电解液流出电解池池体1后从储液槽6上方的进口管60进入储液槽6，储液槽6容积较大，起到稳定体系的作用；电解质从储液槽6下方的出口管61流出经流量阀5后进入泵4；转子流量计3可以显示电解液的流量，可以通过调节流量阀5，控制电解液在系统内的流量。

3.本系统运行一段时间后需要进行排气操作：在运行过程中系统内的气体会被流体带入储液槽6，在浮力的作用下液体中夹带的气泡会运动至储液槽6的顶端并停留，当储液槽6中出现气体时，应该停止该系统运行；关闭泵4，系统内的电解液停止流动，然后打开阀门63，气体会从排气管62排出，排除气体后，关闭阀门63，系统可重新运行，为防止排气时连通器作用导致电解液从排气管62溢出，排气管62开口高于围堰11的液面。

4.实验停止后，电解液可以从储液槽6底端的排液管64排出，停泵4后，打开流量阀5和阀门63，取下工作电极2，然后打开阀门65，电解液可通过软管7依次流经各个装置后汇聚于储液槽6并通过排液管64排出，为保证电解液顺利排出，储液槽6的安装位置应该低于本系统的其他装置，且排液管64应安装于储液槽6最底端。

5.每次实验之后需要清洗本系统：排出电解液后，确认泵4处于停止运行的状态且工作电极2未插入工作电极插口12；将储液槽6排气管62上的阀门63打开，否则将会引起装置内空气的积滞，将流量阀5打开，否则不能正常灌液，将阀门65关闭，否则会漏液；然后由工作电极插口12灌入蒸馏水，当蒸馏水淹没工作电极插口12数厘米后，停止加液，关闭阀门63，打开泵4，调流量阀5到所需流量，循环一段时间，停泵4；全开流量阀5和阀门63，然后打开阀门65，废液可通过软管7依次流经各个装置后汇聚于储液槽6并通过排液管64排出。

Claims (9)

1.一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，包括电解池池体、工作电极、泵、流量计和储液槽，其特征在于，所述电解池池体由具有长方形截面的流道及设置于流道上方的围堰构成，所述流道两端相对应地设置有由方管渐变过渡为圆管的进口整流管和出口整流管，所述围堰内设置有与流道相连通的工作电极插口，所述工作电极插口正下方的流道底部镶嵌有与流道平齐的辅助电极；

所述工作电极通过工作电极插口插入电解池池体形成有封闭的长方形流道，所述工作电极的下表面设置有矩形凸台，矩形凸台内设置有突出于工作电极上表面的L形导电金属，L形导电金属的下方连接有与所述矩形凸台下表面形成有基材凹槽的导电金属块，所述导电金属块与矩形凸台之间形成的缝隙内填充有密封胶，所述基材凹槽其中相对应的两侧设置有导电孔，位于导电孔正上方的工作电极上表面设置有与导电孔相连通的矩形凹槽，矩形凹槽内灌注有导电琼脂；

所述进口整流管通过软管依次连接有流量计、泵、流量阀和储液槽的出口管，所述出口整流管通过软管与储液槽的进口管相连接，所述储液槽还设置有带有阀门的排气管和排液管。

2.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述导电孔的孔径在1mm以下。

3.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述储液槽的布置低于本系统中的其他装置。

4.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述排液管设置于储液槽的底端。

5.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述工作电极上表面还设置有磁铁凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述基材凹槽内设置有与矩形凸台下表面平齐的金属基材。

7.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述辅助电极为钛辅助电极且突出于电解池池体侧边。

8.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述基材凹槽的凹陷深度为8‐100微米。

9.根据权利要求1所述的一种实现电解液水平流动及流速可控的电解池系统，其特征在于，所述导电金属均由铜构成。