CN111912772B - 基于新型材料pptc的极板阳极热电电化学性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法及其制备方法，基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，包括如下步骤：预处理即得第一待测的PPTC材料的极板阳极、第二待测的PPTC材料的极板阳极以及第三待测的PPTC材料的极板阳极；对第一极板阳极测试其耐腐蚀性能，对第二待测极板阳极测试其电化学性能，对第三待测极板阳极测试其能量效率和热效率，系统研究PPTC电极的温度响应电催化特性，测试效率快，且准确性高。

Description

基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法

技术领域

本发明实施例涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法。

背景技术

铅酸蓄电池是已有150多年历史的成熟的化学电源，由于具有成本低廉、性能稳定、可回收再利用等优势，所以至今仍然是除便携式电源外使用最为广泛的二次电源，在汽车启动、UPS电源、电信等领域仍占据主导地位。通信综合机楼典型能耗情况是除主设备外，制冷系统耗电量最大，电源本身能耗(效率)也称为节能的一个关键因素。中小站基典型能耗情况是耗电比例随地理环境、季节、业务变化而有不同。因此，能耗问题成为通信管理者关心的重要问题。传统基站空调设定25℃主要是受制于蓄电池，其中主设备、电源的耐温性已提高到45℃甚至更高，空调占机房耗电量40％以上，提高空调设定温度，少(或不)用空调，就能显著降低能耗。因此，目前对于铅酸电池耐高温性能提升的改进研究仍在持续不断地进行。

铅酸蓄电池的板栅作为极板的导电载体、活性物质的支撑部件，其合金材料的耐腐蚀性能对电池的循环寿命起到至关重要的作用。传统的正极板栅材料Pb-Ca-Sn合金的耐腐蚀性能随温度的升高而降低。板栅腐蚀失效的直接后果，是电池内阻过大或断流，难以进行或彻底不能导电，导致即使活性物质未失效电池也不能正常充放电使用的现象。目前的铅合金板栅，由于生产制造工艺的需要和放电性能的需要，以及人们对铅合金性能研究的认识水平的提高，使用高锡合金、高温腐蚀速率低，特殊铅膏配方，高温发热量小，厚板栅设计，使用寿命长，高温固化工艺，从而造成了高温耐腐蚀性能的差异。

伴随着铅酸蓄电池工业的发展，人们陆续引入了多种经典或现代的金属材料的来改善或替代传统的正极板栅合金，从而提高板栅的高温耐腐蚀性能。PPTC(PolymericPositive Temperature Coefficient)，即高分子聚合物正系数温度材料，PPTC核心由高分子材料和导电颗粒制成，是美商Raychem在1981年发明，主要应用在电池、计算机、电机、通讯行业的过电流保护上。PPTC材料具有优异的可恢复特性和耐高温性，工作温度范围介于-40℃到85℃。PPTC核心由高分子材料和导电颗粒制成。低温时，聚合物结晶间的导电粒子构成导电网络，呈导通状态。当电流过大，致使温度升高时，体积膨胀，聚合物由结晶态转为非结晶态，使导电粒子的连系网络断裂，因而不导通或绝缘。当温度降低，且不再有大电流后，待一小段时间恢复结晶状态，又可导通。

但是目前还没有比较快速准确的分析方法对新型半导体材料PPTC在不同温度下的电化学性能进行研究，系统研究PPTC电极的温度响应电催化特性。

发明内容

本发明实施例提供一种基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，以通过对新型半导体材料PPTC在不同温度下的电化学性能进行研究，系统研究PPTC电极的温度响应电催化特性。

本发明实施例提供了基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将第一PPTC极板阳极样品、第二PPTC极板阳极样品以及第三PPTC极板阳极样品分别采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质和油脂，然后在室温中吹干即得第一待测的PPTC材料的极板阳极、第二待测的PPTC材料的极板阳极以及第三待测的PPTC材料的极板阳极；

(2)称量步骤(1)得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量(g)，记为m₀；为第二待测的PPTC材料的极板阳极提供三电极电化学工作站，三电极分别为第一电极、第二电极和第三电极；为第三待测的PPTC材料的极板阳极提供二电极体系；

(3)将步骤(1)中得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的硫酸腐蚀介质中，在预设温度下，分别在预设的若干组电流下使其发生电化学腐蚀极化达到第一预设时长；将步骤(1)得到的第二待测的PPTC材料的极板阳极连接于三电极电化学工作站；将步骤(1)得到的第三待测的PPTC材料的极板阳极连接于二电极体系；

(4)将步骤(3)中腐蚀极化后的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的85～95g/L的葡萄糖-氢氧化钠溶液中加热沸腾第二预设时长，溶解掉腐蚀层，放入烘箱烘干达到第三预设时长设置电化学工作站的参数；为步骤(3)中的三电极电化学工作站设置参数；为步骤(3)中的二电极体系设置参数；

(5)称量腐蚀后的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量(g)，记为m₁；通过电化学性能的表征方法对第二待测的PPTC材料的极板阳极进行电化学性能测试，其中，所述表征方法包括电化学交流阻抗谱分析(EIS)、阳极极化曲线分析(LSV)、过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析(mott-schottky)中的一种或多种；

(6)评估电极的电化学性能：其中，对第一待测的PPTC材料的极板阳极评估其耐腐蚀性能，其计算公式为:

其中:V为腐蚀速率(g/h·m^-2)；m₀为阳极极化前的质量(g)；m₁为阳极极化后的质量(g)；S为电极的工作表面积(m²)；t为阳极极化时间(h)；

对第二待测的PPTC材料的极板阳极评估其充放电性能；

对第三待测的PPTC材料的极板阳极评估其评估其能量效率和热效率，其计算公式分别为：

其中:n为摩尔量；E_H2为氢气的高热值(283.8kJ.mol-¹)；△G_T为析氢反应的吉布斯自由能；△S_T为析氢反应的熵；T为电解温度；△H_α为氢气的吸附热(101kJ·mol^-1)；U为施加槽电压；I为电解电流强度；t为电解时间。

由此，本发明上述实施例的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，通过使用几种不同的电化学分析方法对新型半导体材料PPTC在不同温度下的电化学性能进行研究，系统研究PPTC电极的温度响应电催化特性。

另外，根据本发明上述实施例的基于新型材料PPTC的极板阳极的热电电化学性能测试方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中所述第一电极用于连接步骤(1)中得到的极板阳极，所述第二电极为对电极，所述第三电极为饱和甘汞电极(SCE)。

进一步地，所述对电极采用高纯铂片。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中所述二电极体系采用铂片作对电极，所述第三待测的PPTC材料的极板阳极与二电极体系连接。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中所述第二预设时长为20～60min，所述第三预设时长为1～5h，步骤(3)中第一预设时长为12～36h。

在本发明的一些实施例中，步骤(5)中所述表征方法为电化学交流阻抗谱分析法(EIS)，其中，施加的电位为步骤(1)中所得的极板阳极的开路电位，所测频率范围是0.01Hz～10⁴Hz，5mV的交流扰动电压幅度；和/或，

步骤(5)中所述表征方法为阳极极化曲线分析法(LSV)，其中，步骤(4)所述的设置设置电化学工作站的参数为：初始电位为1.4V，终止电位为2.3V，扫描速率是10mV·s^-1，电流/电压灵敏度设置为1×10^-2；和/或，

步骤(5)中所述表征方法为过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)，其中，步骤(4)中所述参数为：电位区间为开路电位±0.05V，扫描速率是0.1mV·s^-1；和/或，

步骤(5)中所述表征方法为平带电位分析的莫特-肖特基曲线分析(mott-schottky)，其中，步骤(4)中所述参数为：电位区间为-0.50V～5.0V。

在本发明的一些实施例中，所述葡萄糖-氢氧化钠溶液的浓度比为1：1。

进一步地，步骤(1)中所述PPTC极板阳极样品厚度为1mm～10mm，极板阳极尺寸为39mm×69mm。

进一步地，步骤(4)中所述为步骤(3)中的二电极体系设置参数包括电解温度为55℃。

根据本发明的第二方面，本发明还提出了利用前面实施例的所述基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法进行的应用，根据本发明的实施例，该应用包括：

采用上述测试方法分析基于新型PPTC的阳极极板与传统Pb-Ca-Sn合金极板阳极材料的热电电化学性能。

本发明实施例提供的图像传感器芯片，通过驱动电极接收外接电压信号，并通过钙钛矿材料层接收光信号，使感应电极根据驱动电极上的电压信号产生第一感应信号，并在有光照时使感应电极根据驱动电极上的电压信号和钙钛矿材料层接收的光信号产生第二感应信号，感应电极上的感应信号可经过放大电路进行信号放大，从而使图像传感器芯片能够将微弱的光信号变化转换成明显的电信号变化，实现了图像传感的功能，另外，钙钛矿的光敏度较高，不仅可以大幅提高图像传感器芯片的灵敏度、信噪比和图像质量，还可以简化后续信号处理的电路，从而大幅降低图像传感器芯片的生产成本。

本发明实施例提供的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，通过采用失重法评估金属耐腐蚀性能，利用腐蚀的阳极的质量损失来计算极化腐蚀速率，提高了耐腐蚀检测速率，通过使用失重法对传统极板阳极材料Pb-Ca-Sn合金和新型PPTC的极板阳极的耐腐蚀性能进行研究，较全面地对比了两种极板阳极材料的耐腐蚀性能；通过采用电化学交流阻抗谱分析(EIS)、阳极极化曲线分析(LSV)、过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析(mott-schottky)中的一种或多种评估电极的电化学性能，提高了电化学检测速率，通过电化学交流阻抗谱分析(EIS)、阳极极化曲线分析(LSV)、过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析(mott-schottky)中的一种或多种对传统极板阳极材料Pb-Ca-Sn合金和新型PPTC的极板阳极的电化学性能进行研究，较全面地对比了两种极板阳极材料的电化学性能；为研究PPTC正板栅电极在不同槽电压下的能量效率和热效率，采用二电极体系，电解温度为55℃，PPTC正板栅电极为阳极，对电极为铂片；通过上述几种不同的电化学分析方法对新型半导体材料PPTC在不同温度下的电化学性能进行研究，系统研究PPTC电极的温度响应电催化特性。

附图说明

图1是本发明实施例一的方法流程图；

图2是本发明实施例二的方法流程图；

图3是本发明实施例三的方法流程图；

图4是本发明实施例PPTC极板阳极在不同温度下的Nyquist图；

图5是本发明实施例PPTC正板栅电极在不同温度下的Tafel曲线；

图6是本发明实施例PPTC正板栅电极在不同温度下的莫特-肖特基(Mott-schottky)曲线；

图7是本发明实施例提供的在不同温度时，Pb-Ca-Sn合金和PPTC电极样品的耐腐蚀速率；

图8是本发明实施例提供的PPTC正板栅电极为阳极的两电极体系在不同槽电压、温度为55℃时的电量消耗(electricity consumption),以及能量效率(energyefficiency)和热效率(heat efficiency)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将第一PPTC极板阳极样品、第二PPTC极板阳极样品以及第三PPTC极板阳极样品分别采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质和油脂，然后在室温中吹干即得第一待测的PPTC材料的极板阳极、第二待测的PPTC材料的极板阳极以及第三待测的PPTC材料的极板阳极；

(2)称量步骤(1)得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量(g)，记为m₀；为第二待测的PPTC材料的极板阳极提供三电极电化学工作站；为第三待测的PPTC材料的极板阳极提供二电极体系；

(3)将步骤(1)中得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的硫酸腐蚀介质中，在预设温度下，分别在预设的若干组电流下使其发生电化学腐蚀极化达到第一预设时长；将步骤(1)得到的第二待测的PPTC材料的极板阳极连接于三电极电化学工作站；将步骤(1)得到的第三待测的PPTC材料的极板阳极连接于二电极体系；

(4)将步骤(3)中腐蚀极化后的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的85～95g/L的葡萄糖-氢氧化钠溶液中加热沸腾第二预设时长，其中，葡萄糖-氢氧化钠溶液的浓度比为1：1，溶解掉腐蚀层，放入烘箱烘干达到第三预设时长设置电化学工作站的参数；为步骤(3)中的三电极电化学工作站设置参数；为步骤(3)中的二电极体系设置参数；

(5)称量腐蚀后的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量(g)，记为m₁；通过电化学性能的表征方法对第二待测的PPTC材料的极板阳极进行电化学性能测试，其中，表征方法包括电化学交流阻抗谱分析(EIS)、阳极极化曲线分析(LSV)、过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析(mott-schottky)中的一种或多种；

(6)评估电极的电化学性能：其中，对第一待测的PPTC材料的极板阳极评估其耐腐蚀性能，其计算公式为:

其中:V为腐蚀速率(g/h·m^-2)；m₀为阳极极化前的质量(g)；m₁为阳极极化后的质量(g)；S为电极的工作表面积(m²)；t为阳极极化时间(h)；

对第二待测的PPTC材料的极板阳极评估其充放电性能；

对第三待测的PPTC材料的极板阳极评估其评估其能量效率和热效率，其计算公式分别为：

其中:n为摩尔量；E_H2为氢气的高热值(283.8kJ.mol-¹)；△G_T为析氢反应的吉布斯自由能；△S_T为析氢反应的熵；T为电解温度；△H_α为氢气的吸附热(101kJ·mol^-1)；U为施加槽电压；I为电解电流强度；t为电解时间。

其中，步骤(2)中第一电极用于连接步骤(1)中得到的极板阳极，第二电极为高纯铂片对电极，第三电极为饱和甘汞电极(SCE)。

其中，步骤(2)中二电极体系采用铂片作对电极，第三待测的PPTC材料的极板阳极与阳极连接。

进一步地，步骤(4)中第二预设时长为20～60min，第三预设时长为1～5h，步骤(3)中第一预设时长为12～36h。

进一步地，包括：

步骤(5)中表征方法为电化学交流阻抗谱分析法(EIS)，其中，施加的电位为步骤(1)中所得的极板阳极的开路电位，所测频率范围是0.01Hz～10⁴Hz，5mV的交流扰动电压幅度；和/或，

步骤(5)中表征方法为阳极极化曲线分析法(LSV)，其中，步骤(4)的设置设置电化学工作站的参数为：初始电位为1.4V，终止电位为2.3V，扫描速率是10mV·s^-1，电流/电压灵敏度设置为1×10^-2；和/或，

步骤(5)中表征方法为过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)，其中，步骤(4)中参数为：电位区间为开路电位±0.05V，扫描速率是0.1mV·s^-1；和/或，

步骤(5)中表征方法为平带电位分析的莫特-肖特基曲线分析(mott-schottky)，其中，步骤(4)中参数为：电位区间为-0.50V～5.0V。

进一步地，步骤(1)中PPTC极板阳极样品厚度为1mm～10mm，极板阳极尺寸为39mm×69mm。

进一步地，步骤(4)中为步骤(3)中的二电极体系设置参数包括电解温度为55℃。

进一步地，采用上述测试方法分析基于新型PPTC的阳极极板与传统Pb-Ca-Sn合金极板阳极材料的热电电化学性能。

实施例一，

如图1所示，包括如下步骤：

S1、预处理：将PPTC极板阳极样品采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质和油脂，然后在室温中吹干即得待测的PPTC材料的极板阳极；

S2、腐蚀前称重：称量S1得到的待测PPTC材料的极板阳极的质量(g)，记为m₀；

S3、腐蚀极化：将S1中得到的待测的极板阳极置于预设浓度的腐蚀介质中，在预设温度下，分别在预设的若干组电流下使其发生电化学腐蚀极化达到第一预设时长；

S4、将S3中腐蚀极化后的极板阳极置于预设浓度的第一溶液中加热沸腾第二预设时长，溶解掉腐蚀层，放入烘箱烘干达到第三预设时长；

S5、腐蚀后称重：称量腐蚀后的极板阳极的质量(g)，记为m₁；

S6、评估耐腐蚀性能：计算出单位面积、单位时间内的质量的变化值，从而评估极板阳极耐腐蚀性能，其计算公式:

其中:V为腐蚀速率(g/h·m^-2)；m₀为阳极极化前的质量(g)；m₁为阳极极化后的质量(g)；S为电极的工作表面积(m²)；t为阳极极化时间(h)。

由此，本发明上述实施例的基于新型PPTC的极板阳极耐腐蚀性的测试方法，通过采用失重法评估金属耐腐蚀性能，利用腐蚀的阳极的质量损失来计算极化腐蚀速率，提高了耐腐蚀检测速率。

测试结果如图7，在不同温度时，Pb-Ca-Sn合金和PPTC电极样品的耐腐蚀速率。从图中可以看出，在不同温度时，PPTC的腐蚀速率均比Pb-Ca-Sn合金要小，并且PPTC的腐蚀速率受温度的影响比Pb-Ca-Sn合金要小。说明PPTC材料的耐蚀性和使用寿命优于Pb-Ca-Sn合金。不同温度下的腐蚀速率测试表明，PPTC材料的腐蚀速率均比Pb-Ca-Sn合金材料低，耐蚀性更好，受温度影响更小。

实施例二，

包括如下步骤：

(1)预处理：将PPTC极板阳极样品采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质和油脂，然后在室温中吹干即得待测的PPTC材料的极板阳极；采用的对比极板电极材料为Pb-0.06％、Ca-0.6％、Sn；

(2)提供电化学工作站：工作站采用三电极和电解液，三电极分别为第一电极、第二电极和第三电极；

(3)将步骤(1)中得到的待测的极板阳极与传统的极板电极分别连接于电化学工作站；

(4)设置电化学工作站的参数；

(5)通过电化学性能的表征方法对电极进行电化学性能测试，其中，表征方法包括电化学交流阻抗谱分析(EIS)、阳极极化曲线分析(LSV)、过电位分析的塔菲尔曲线分析(Tafel)或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析(mott-schottky)中的一种或多种；

(6)评估电化学性能：对步骤(5)所得的测试结果进行分析，进而评定测试的充放电性能。

测试结果如图4所示，PPTC正板栅电极在不同温度下的Nyquist图。通过Nyquist图可以了解PPTC正板栅电极的电子转移情况。从图看出，电极在不同温度下的交流阻抗曲线图形均为半圆弧，在低频段未出现明显的扩散阻抗的特征，表明电极在电解液中并未受到严重腐蚀。随着温度的升高，复合修饰电极的Nyquist曲线在高频区圆弧半径逐渐减小，圆弧半径的降低说明电极与电解液界面的电荷转移阻抗减小，升高温度会加快不同物相之间电荷的传输速度，增强不同物相间电场，使电极中的载流子浓度升高，从而减小了电极的扩散电阻。从图中我们可以看出，复合修饰电极在55℃和65℃条件下测试结果，在低频区的出现了直线，直线代表了界面阻抗，65℃条件下直线的斜率大，说明电极在65℃时的电阻更小。阻抗测试结果表明，PPTC正板栅电极的半导体特性与温度密切相关，说明升温对复合修饰电极材料的导电性有明显改善。

图5，PPTC正板栅电极在不同温度下的Tafel曲线。电极极化程度的内因是交换电流密度的大小，交换电流密度大，则对于一个电极反应而言所需的推动力小；反之，交换电流密度小，则对于一个电极反应而言所需的推动力大。电极的交换电流密度即为过电位为0V时，对应的电流密度。样品的Tafel曲线在过电位等于零时对应的电流密度为样品的交换电流密度。从图5看出，随着电解液温度的升高，样品在过电位等于零时的电流密度呈现略有增加的趋势，在不同温度下的的交换电流密度非常接近，表明温度升高并没有改变电极反应的可逆性和难易程度。而当过电位大于零(Tafel右侧曲线为阳极极化曲线)时，在相同过电位条件下，样品的塔菲尔斜率随温度的升高而逐渐减小,极化电流密度随温度的升高而增大，表明温度升高对于强化电极过程具有积极的作用。这些结果表明，PPTC正板栅电极具有优异的热电子提取特性，其电极过程速率随温度的升高而显著加快。

图6，PPTC正板栅电极在不同温度下的莫特-肖特基(Mott-schottky)曲线。对于n型半导体，在外加偏压使空间电荷区域内的载流子浓度处于耗尽状态时空间电荷区域电容(Csc)与外加偏压(E)的关系，满足下述的Mott-Schottky公式：

式中：C_sc为空间电荷区域电容；

为室温下半导体的相对介电常数；/>

为真空介电常数(8.854×10–14F·cm-1)；ND为施主浓度；A为半导体电极与电解液的有效接触面积；E为外加电位；EFB为平带电位；k为波耳兹曼常数(1.38×10^–23J·K^-1)；T(K)为热力学温度；e为电子电荷(1.602×10^–19C)。室温下kT/e可忽略不计。在平带条件下，半导体的费米能级等于平带电位EFB，平带电位EFB正，则费米能级越大，从电解质到半导体固-液两相界面的化学势梯度越大，半导体的能带向上弯曲量就越大，即电解质与半导体界面的电荷分离与转移越快。

图中曲线的斜率均为正，这说明PPTC正板栅电极的载流子类型表现为n型半导体性质。对Mott-schottky曲线的线性部分做切线可得到电极的平带电位EFB，而斜率大小对应于电极表面电荷密度的高低。样品平带电位温度的升高而逐渐升高，而斜率由大到小的顺序与此刚好相反。这表明升高温度导致了电极表面电荷密度和氧化还原电位的变化，温度升高使电解质与电极表面的能带弯曲程度增大，强化了电极与电解质溶液之间的电荷转移，降低了电极表面的电荷积累，即减小了电极过程的极化程度，加快了电极过程。

实施例三，

如图3所示，包括如下步骤：

(1)预处理：将PPTC极板阳极样品采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质和油脂，然后在室温中吹干即得待测的PPTC材料的极板阳极；采用的对比极板电极材料为Pb-0.06％、Ca-0.6％、Sn；

(2)提供二电极体系；

(3)将步骤(1)中得到的待测的第三极板阳极与传统的极板电极分别连接于二电极体系；

(4)设置参数；

(5)对第三待测的PPTC材料的极板阳极评估其评估其能量效率和热效率，其计算公式分别为：

其中:n为摩尔量；E_H2为氢气的高热值(283.8kJ.mol-¹)；△G_T为析氢反应的吉布斯自由能；△S_T为析氢反应的熵；T为电解温度；△H_α为氢气的吸附热(101kJ·mol^-1)；U为施加槽电压；I为电解电流强度；t为电解时间。

测试结果如图8，PPTC正板栅电极为阳极的两电极体系在不同槽电压、温度为55℃时的电量消耗(electricity consumption)，以及能量效率(energy efficiency)和热效率(heat efficiency)。从图可知，随着槽电压的升高，PPTC正板栅电极的电能消耗迅速增加，而能量效率略有下降，热效率稳定在43％左右；当槽电压为2.0V，其能量效率为96.78％，电量消耗为25.63kW·h·kg^-1。值得注意的是，相同的条件下PPTC正板栅电极的能量效率明显高于Pb-Ca-Sn合金电极，进一步证实半导体PPTC材料作为正板栅有利于提高电极的热电化学活性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预处理：将第一PPTC极板阳极样品、第二PPTC极板阳极样品以及第三PPTC极板阳极样品分别采用无水乙醇进行超声清洗，除去表面的杂质，然后在室温中吹干即得第一待测的PPTC材料的极板阳极、第二待测的PPTC材料的极板阳极以及第三待测的PPTC材料的极板阳极；

（2）称量步骤（1）得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量；为第二待测的PPTC材料的极板阳极提供三电极电化学工作站，所述三电极分别为第一电极、第二电极和第三电极；为第三待测的PPTC材料的极板阳极提供二电极体系；

（3）将步骤（1）中得到的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的硫酸腐蚀介质中，在预设温度下，分别在预设的若干组电流下使其发生电化学腐蚀极化达到第一预设时长；将步骤（1）得到的第二待测的PPTC材料的极板阳极连接于三电极电化学工作站；将步骤（1）得到的第三待测的PPTC材料的极板阳极连接于二电极体系；

（4）将步骤（3）中腐蚀极化后的第一待测的PPTC材料的极板阳极置于预设浓度的85～95 g/L的葡萄糖-氢氧化钠溶液中加热沸腾第二预设时长，溶解掉腐蚀层，放入烘箱烘干达到第三预设时长；为步骤（3）中的三电极电化学工作站设置参数；为步骤（3）中的二电极体系设置参数；

（5）称量腐蚀后的第一待测的PPTC材料的极板阳极的质量；通过电化学性能的表征方法对第二待测的PPTC材料的极板阳极进行电化学性能测试，其中，所述表征方法包括电化学交流阻抗谱分析、阳极极化曲线分析、过电位分析的塔菲尔曲线分析或平带电位分析的莫特-肖特曲线分析中的一种或多种；

（6）评估电极的热电电化学性能：其中，对第一待测的PPTC材料的极板阳极评估其耐腐蚀性能，其计算公式为:

；

其中: V为腐蚀速率，单位为：g /h·m^-2 ; m₀为阳极极化前的质量，单位为：g ; m₁为阳极极化后的质量，单位为：g；S为电极的工作表面积，单位为：m² ；t'为阳极极化时间，单位为：h；

对第二待测的PPTC材料的极板阳极评估其充放电性能；

对第三待测的PPTC材料的极板阳极评估其能量效率

和热效率/>

，其计算公式分别为：

；

；

其中: n为摩尔量；E_H2为氢气的高热值为：283.8 kJ.mol^-1；△G_T为析氢反应的吉布斯自由能；△S_T为析氢反应的熵；T为电解温度；△H_α为氢气的吸附热为：101kJ·mol^-1；U为施加槽电压；I为电解电流强度；t为电解时间。

2.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，步骤（2）中所述第一电极用于连接步骤（1）中得到的所述第二待测的PPTC材料的极板阳极，所述第二电极为对电极，所述第三电极为饱和甘汞电极。

3.根据权利要求2所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，所述对电极采用高纯铂片。

4.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，步骤（2）中所述二电极体系采用铂片作对电极，所述第三待测的PPTC材料的极板阳极与所述二电极体系连接。

5.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，步骤（4）中所述第二预设时长为20~60min，所述第三预设时长为1~5h，步骤（3）中第一预设时长为12~36h。

6.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，

步骤（5）中所述表征方法为电化学交流阻抗谱分析法，其中，施加的电位为步骤（1）中所得的极板阳极的开路电位，所测频率范围是0.01 Hz~10⁴ Hz，5mV的交流扰动电压幅度；和/或，

步骤（5）中所述表征方法为阳极极化曲线分析法，其中，步骤（4）所述的三电极电化学工作站的设置参数为：初始电位为1.4 V，终止电位为2.3 V，扫描速率是10 mV·s^-1，电流和电压灵敏度均设置为1×10^-2；和/或，

步骤（5）中所述表征方法为过电位分析的塔菲尔曲线分析，其中，步骤（4）中所述的三电极电化学工作站的设置参数为：电位区间为开路电位±0.05V，扫描速率是0.1 mV·s^-1；和/或，

步骤（5）中所述表征方法为平带电位分析的莫特-肖特基曲线分析，其中，步骤（4）中所述的三电极电化学工作站的设置参数为：电位区间为-0.50 V ~5.0 V。

7.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，所述葡萄糖-氢氧化钠溶液的浓度比为1：1。

8.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，步骤（1）中所述PPTC极板阳极样品厚度为1mm~10mm，极板阳极尺寸为39mm×69mm。

9.根据权利要求1所述的基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法，其特征在于，步骤（4）中所述为步骤（3）中的二电极体系设置参数包括电解温度为55℃。

10.基于新型材料PPTC的极板阳极热电电化学性能的测试方法的应用，其特征在于，采用权利要求1~9任一所述的测试方法分析基于新型PPTC的阳极极板与传统Pb-Ca-Sn合金极板阳极材料的热电电化学性能。

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