CN212845162U - 一种电极载具及具有该载具的电极装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电极载具及具有该载具的电极装置，其中，电极载具包括上载体和下载体，上载体上形成有通孔结构，下载体为导电载体，上面设置有薄片电极放置区，该下载体还连接有一导线；电极装置包括该电极载具和设置在电极载具的下载体上电极放置区的导电薄膜层。该装置结构简单、制作方便，对固设其中的导电薄膜层方便进行电化学性能检测。当导电薄膜层为纳米多孔碳膜时，可以使该导电装置的比表面积更大，让电极获得更高的测量精度，同时纳米多孔碳膜为纯碳材料，不含粘结剂，赋予电极更好的导电性和抗干扰性。通过热熔胶或石蜡膜对电极边缘密封，保证电极的密封性，避免由于电解液的侧面渗透影响电极稳定性。

Description

一种电极载具及具有该载具的电极装置

技术领域

本实用新型涉及一种导电装置，具体涉及一种电极载具及具有该载具的电极装置，属于新材料应用技术领域或电化学领域。

背景技术

在电池中电极一般指与电解质溶液发生氧化还原反应的位置。电极有阴阳之分，一般阴极获得电子，发生还原反应；阳极失去电子，发生氧化反应。电极可以是金属或非金属，只要能够与电解质溶液交换电子或离子，即成为电极。

常见电极的导电基底主要有三类:（1）泡沫金属，如泡沫镍，泡沫铜等。这类导电基底具有三维多孔的网状形貌，孔径尺寸在微米级，常被用作超级电容器、电催化剂、电池电极等材料的导电基底。但是泡沫金属对环境pH十分敏感，无法在酸性体系下工作。（2）导电玻璃，如氧化钢锡（ITO）玻璃，掺氯二氧化锡（FTO）玻璃等。这类导电基底对酸碱不敏感，稳定性较好，常被用作电化学传感器、太阳能电池电极等材料的导电基底。但是导电玻璃没有微观的三维形貌，仅为平面结构。（3）碳材料，如碳纳米管、石墨烯、乙块黑等。这类材料可以在微观下与其它材料形成复合结构，以提供导电性能。因此，碳材料不仅常用作导电基底中的导电剂，也常用作许多半导体材料的导电基底。但是在随后的应用中，必须用粘合剂将粉末材料粘合、制作成为薄膜状的极片，或是涂抹在玻碳电极等电极的表面才能进一步使用，没有前两种导电基底的宏观机械完整性。

因此，具有三维多孔形貌、耐酸碱环境且具有机械完整性的导电基底十分有意义。在过去十年中，许多的制造块状（或连续体）纳米多孔碳材料的技术已经被开发出来，例如，碳凝胶或碳块体，碳膜，碳带，碳布等。其中，纳米多孔碳薄膜（NCS）同时具有三维多孔形貌、耐酸碱环境和机械完整性，非常适合用于电极的导电基底。但是由于NCS像其他多孔炭质块体材料一样具有一定的脆性，在实际应用中，NCS不易夹持（如用导电夹子）进行后续的测试和运用。类似的石墨烯凝胶、石墨烯片、碳纳米管巴基纸、碳纳米管膜、碳晶须纸、碳纤维纸等多孔导电脆性材料都具有这样的技术应用的挑战。当将这一类薄片多孔材料的一端用导电夹子或导电胶与导线连接起来时，难免会发生折断和电解液渗透腐蚀连接部位的情况。另外这类薄片电极的面内电阻偏大，导致电极表面的电阻极化偏大，径向反应不均匀等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的问题，提供了一种新型的电极载具及具有该载具的电极装置。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种电极载具，包括上载体和下载体，所述上载体上形成有用于开放电极的通孔结构，所述下载体为导电载体且其表面设置有电极放置区，所述下载体还连接有一导线。

优选地，前述上载体为石英载玻片（或称为盖玻片），所述通孔位于电极放置区上方，直径为0.1-100mm，所述通孔边缘与临近上载体/盖玻片边缘的距离大于1mm。通过通孔，可以使得设置在上载体和下载体之间的导电材料或电极材料在不暴露下载体的情况下，尽可能大地接触电解液。

更优选的，前述通孔的直径为5-10mm，优选为10mm，所述通孔边缘与临近上载体边缘的距离为1-3mm，优选为3mm，若导电薄膜层为正方形，则该通孔即为直径比方形导电薄膜层边长稍小一点的内接圆。通过通孔边缘与临近上载体边缘的距离为3mm，可以保证制作时的次品率较低，节省了材料。

再优选地，前述下载体为镀有导电层的石英载玻片，选自镀金载玻片、镀钛载玻片、镀银载玻片或镀铬载玻片，可以将导电材料传导的电流经镀有导电材料的载玻片进行进一步传输。

上述石英基玻片只是本发明所选中的比较优化的材质，因为它在很多电解液中都能稳定存在，不引入杂质。在一些要求不是特别高的情况下，普通的玻璃片、陶瓷片、塑料片、金属片（如钛片）也可以替代石英片。本实用新型

不对其他材质薄片进行详细讨论和具体声明。

进一步优选地，前述上载体和下载体等宽，所述下载体的长度长于所述上载体，且所述上载体在远离导线的一端与下载体平齐，通过上载体和下载体相重叠，对设置在二者之间的导电材料进行定位并固定。

更进一步优选地，前述上载体和下载体边缘密封连接，通过密封，使得上载体和下载体之间不被电解液渗透。

再进一步优选地，前述密封连接的方式为热熔胶密封、石蜡膜密封、热固性树脂密封或活动式聚四氟乙烯卡套密封中的一种该密封连接设置在载体四周和下载体与导线之间的连接处，通过密封连接的设置，保证了载体四周和下载体与导线之间的密封性，避免由于电解液的渗透，而对电极的工作造成影响。

一种电极装置，包含前述的电极载具，还包括一导电薄膜层（或称为电极片），所述导电薄膜层固设于下载体的电极放置区，所述导电薄膜层为纳米多孔碳膜、碳纳米管膜、碳晶须纸、石墨烯气凝胶或石墨烯膜中的一种。

优选地，前述纳米多孔碳膜采用发明专利201580012433.1中所述的方法制得，形状为多边形或圆形。该纳米多孔碳膜比表面积大，具有较好的导电性和抗干扰性。

且，前述纳米多孔碳膜的形状为正方形，边长为1-10mm，厚度小于1mm，当纳米多孔碳膜的厚度<0.2mm时，被上载体掩盖住的部分纳米多孔碳膜，在高扫速下，基本不参与电化学测试反应。

本实用新型的有益之处在于：

（1）本实用新型的电极载具结构简单、制作方便，方便对固设于其中的导电薄膜层进行电化学性能检测；

（2）在本实用新型中，通过将纳米多孔碳膜作为电极的导电基底，使得该电极的比表面积更大，可以让电极获得更高的测量精度，同时纳米多孔碳膜为纯碳材料，不含粘结剂，赋予电极更好的导电性和抗干扰性；

（3）在本实用新型中，通过热熔胶或石蜡膜对导电装置实现密封，保证了电极载体四周和下载体与导线之间的密封性，避免由于电解液的渗透对电极的稳定性造成影响，具有较高的使用价值。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的上载体与导电薄膜层结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的下载体结构示意图；

图4是本实用新型一实施例的载体与导电薄膜组装示意图；

图5是本实用新型一实施例的侧面剖视图。

图中附图标记的含义：

1-下载体，2-上载体，3-导电薄膜层，4-通孔，5-热熔胶，6-导线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型的一种电极载具及具有该载具的电极装置，结合图1至图5所示，其由上载体2、下载体1、导电薄膜层3及导线6组成，该导电薄膜层3固设于上载体2和下载体1之间的电极放置区，具体为纳米多孔碳膜，上载体和下载体边缘通过热熔胶5密封连接，下载体1与导线6连接。

上载体2为石英载玻片，该石英载玻片上形成有通孔4，用于将导电薄膜层3对电解质开放，该通孔4的直径为1-10mm。下载体1为镀有导电材料的载玻片，用于将导电薄膜层3收集的电流经镀有导电材料的载玻片进行进一步传输至导线6，该镀有导电材料的载玻片可选择镀金载玻片、镀钛载玻片、镀银载玻片或镀铬载玻片，优选为镀金载玻片。其中上载体2和下载体1等宽，下载体1长度长于上载体2，上载体2在远离导线的一端与下载体1平齐，通过下载体1和上载体2相重叠，对设置在二者之间的导电薄膜层3进行定位并固定。下面，结合具体的实施例做进一步阐述：

实施例1

本实施例中，导电装置的导电薄膜层3为纳米多孔碳膜，上载体2为石英盖玻片，下载体1为镀金载玻片，设置在镀金载玻片上的纳米多孔碳膜是边长为5mm的正方形，该纳米多孔碳膜采用发明专利201580012433.1中的方法制得，具有较大的比表面积、较好的导电性和抗干扰性。

本实施例设置在石英载玻片上通孔的形状为圆形，根据纳米多孔碳膜的边长为5mm，将圆形通孔的直径设置为4.5mm，在保证纳米多孔碳膜完全被压紧的同时，还可以获得更大的接触面积。通过镀金载玻片，将纳米多孔碳膜传导的电流进一步进行传输。且，本实施例的石英载玻片和镀金载玻片等宽，镀金载玻片长度长于石英载玻片，石英载玻片在远离导线的一端与镀金载玻片平齐，通过镀金载玻片和石英载玻片相重叠，对设置在二者之间的纳米多孔碳膜进行定位并固定。

为了保证电极的密封性，本实施例的石英载玻片和镀金载玻片之间密封连接。且，该密封连接采用热熔胶进行密封，通过将热熔胶设置在载体四周和镀金载玻片与导线之间的连接处，保证载体四周和镀金载玻片与导线之间的密封性，避免由于电解液的渗透而对电极的电化学信号输出造成影响。

实施例2

本实施例中，导电装置的导电薄膜层为碳纳米管膜，上载体为石英载玻片，下载体为镀钛载玻片，设置在镀钛载玻片上的碳纳米管膜是直径为7mm的圆形。

本实施例设置在石英载玻片上通孔的形状为圆形，根据碳纳米管膜的边长，石英载玻片上的圆形通孔直径为6.5mm，在保证碳纳米管膜完全被压紧的同时，还可以获得更大的接触面积。通过镀钛载玻片，将碳纳米管膜传导的电流进一步进行传输。

为了保证电极的密封性，本实施例的石英载玻片和镀钛载玻片密封连接，通过石蜡膜进行密封。

实施例3

本实施例中，导电装置的导电薄膜层为石墨烯气凝胶，上载体为石英载玻片，下载体为镀银载玻片，设置在镀银载玻片上的石墨烯气凝胶是边长为10mm的正方形。

本实施例设置在石英载玻片上通孔的形状为正方形，根据石墨烯气凝胶的边长，石英载玻片上的正方形通孔边长为9.5mm，保证石墨烯气凝胶完全被压紧的同时，也可以获得更大的接触面积。通过镀银载玻片，将石墨烯气凝胶传导的电流进一步进行传输。

为了保证电极的密封性，本实施例电极的石英载玻片和镀银载玻片密封连接，通过热固性树脂密封进行密封。

实施例4

本实施例中，导电装置的导电薄膜层为石墨烯膜，上载体为石英载玻片，下载体为镀铬载玻片，设置在镀铬载玻片上的石墨烯膜是直径为1.5mm的圆形。

本实施例设置在石英载玻片上通孔的形状为正方形，根据石墨烯膜的边长，石英载玻片上的正方形通孔边长为1mm，保证石墨烯膜完全被压紧的同时，也可以获得更大的接触面积。通过镀铬载玻片，将石墨烯膜传导的电流进一步进行传输。

为了保证电极的密封性，本实施例的石英载玻片和镀铬载玻片密封连接，通过活动式聚四氟乙烯卡套进行密封。

在制作导电装置的过程中，本实用新型下载体的尺寸为15mm*25mm，材质为石英，即将常规的25*75平方毫米的载玻片切成5片制得，将金直接化学镀在石英表面，然后在800度以上煅烧，提高金与石英的结合度。镀层厚度不小于200nm，理想厚度在1微米以上，下载体单面镀金。

接着，取一根导线，将导线的一端跟上载体镀金面用导电胶粘合起来，该导电胶为导电银浆、导电锡膏或电焊锡。导电剂固化后，切除多余的导线，使其与上载体边缘齐平，避免边缘漏电。导电胶覆盖宽度应小于8 mm，避免后续放置盖玻片时，导电剂被盖在玻片的下面，在测试时，造成电化学腐蚀。在用导电胶固定好导线与上载体后，将导电薄膜层置于镀金载玻片上，与一端的三个边缘的距离相当。之后，将带孔盖玻片置于碳膜之上，尽可能地保证二者的中心重合。

正面封边后，用热熔胶对组合件进行封边，保证载体的四周不会被电解液渗入，将导线与上载体的连接处也用热熔胶封边，防止暴露在电解液中。

综上，本实用新型的薄膜电极及具有该电极的载具，通过上载体2和下载体1的设置，将导电薄膜层3设置在二者之间作为导电材料，下载体1的一端连接一根导线6，实现导电和电流传递。其中，将纳米多孔碳膜作为导电薄膜层，可以使该电极的比表面积更大，让电极获得更高的测量精度，同时纳米多孔碳膜为纯碳材料，不含粘结剂，赋予电极更好的导电性和抗干扰性。通过对载体进行密封，保证了电极载体四周和下载体1与导线6之间的密封性，避免由于电解液的渗透，而对电极的工作造成影响，具有较高的使用价值。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电极载具，其特征在于，包括上载体和下载体，所述上载体上形成有用于开放电极的通孔结构，所述下载体为导电载体且其表面设置有电极放置区，所述下载体还连接有一导线。

2.根据权利要求1所述的一种电极载具，其特征在于，所述上载体为石英盖玻片，所述通孔位于电极放置区上方，直径为0.1-100mm，所述通孔边缘与临近上载体边缘的距离大于1mm。

3.根据权利要求2所述的一种电极载具，其特征在于，所述通孔的直径为5-10mm，所述通孔边缘与临近上载体边缘的距离为1-3mm。

4.根据权利要求1所述的一种电极载具，其特征在于，所述下载体为镀有导电层的载玻片，选自镀金载玻片、镀钛载玻片、镀银载玻片或镀铬载玻片。

5.根据权利要求1所述的一种电极载具，其特征在于，所述上载体和下载体等宽，所述下载体的长度长于所述上载体，且所述上载体在远离导线的一端与下载体平齐。

6.根据权利要求1所述的一种电极载具，其特征在于，所述上载体和下载体边缘密封连接。

7.根据权利要求6所述的一种电极载具，其特征在于，所述密封连接的方式为热熔胶密封、石蜡膜密封、热固性树脂密封或活动式聚四氟乙烯卡套密封中的一种。

8.一种电极装置，包含权利要求1-7任一项所述的电极载具，其特征在于，还包括一导电薄膜层或薄片电极，所述导电薄膜层固设于下载体的电极放置区，所述导电薄膜层为纳米多孔碳膜、碳纳米管膜、石墨烯气凝胶或石墨烯膜中的一种。

9.根据权利要求8所述的一种电极装置，其特征在于，所述纳米多孔碳膜的形状为正方形，边长为1-10mm，厚度小于1mm。

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