[发明专利]一种在线测定溶液中离子淌度的方法

权利要求书

1.一种液流电池，其特征在于，所述液流电池包括一个外壳，所述外壳内包括一个膜电极组装体、一个不锈钢环(4)、一个绝缘隔膜(5)、一个第三多孔电极(6)、一个第一流场板(7)、一个漂移管(8)和一个第二流场板(10)；

所述膜电极组装体包括一个第一多孔电极(1)、一个电解质膜(2)和一个第二多孔电极(3)，所述第一多孔电极(1)、一个电解质膜(2)和第二多孔电极(3)依次连接；在所述第一多孔电极(1)远离电解质膜(2)的一侧设有第二流场板(10)，在所述第二流场板(10)的顶端设有集电极(9)；在第二多孔电极(3)远离电解质膜(2)的一侧设有第三多孔电极(6)，在所述第二多孔电极(3)和第三多孔电极(6)之间设有一个空隙(11)；在所述空隙(11)中，沿第二多孔电极(3)到第三多孔电极(6)的方向依次设有不锈钢环(4)绝缘隔膜(5)；在所述第三多孔电极(6)远离空隙(11)的一侧设有第一流场板(7)；在所述第一流场板(7)和第二流场板(10)上均设有流场入口和流场出口；

所述绝缘隔膜(5)设于所述不锈钢环(4)和第三多孔电极(6)之间，所述不锈钢环(4)和绝缘隔膜(5)的上方有一个空隙(11)；

所述漂移管(8)将所述第三多孔电极(6)覆盖，或者所述漂移管(8)将所述第三多孔电极(6)和所述第一流场板(7)覆盖。

2.一种利用权利要求1所述的液流电池进行在线测定溶液中离子淌度的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、找出待测离子淌度的离子的其他价态离子盐，构成待测离子氧化还原电对；

步骤2、寻找与步骤1中所述的待测离子氧化还原电对相匹配的匹配氧化还原电对，所找出的匹配氧化还原电对应与待测离子氧化还原电对应有0.5V以上的电势差，构成液流电池两极的活性物质，其中电势高的作为正极，电势低的作为负极；

步骤3、取下漂移管(8)，并且不加外加电场，在所述液流电池上进行放电测试，找出此时的极限电流，具体如下：将步骤2中活性物质分别溶解于2mol/L的稀盐酸溶液中，构成液流电池的正负极电解液；待测离子侧的活性物质浓度为配对离子侧浓度的五分之一到三分之一，确保极限电流是由待测离子出现传输极限而引起的；

在电化学测试系统设定放电程序：从开路电压开始，逐渐加大放电电流，增加幅度为2mA/cm²，在每个电流停留5秒并记录一次电流和电压值；当放电电压低于0.4V时，电流密度的增加变成1mA/cm²；直到液流电池的放电电压降低为零，停止放电程序，完成测量；在放电电压为零时测到的电流值即为待测离子引起的极限电流；

步骤4、在所述液流电池上设置漂移管(8)，漂移管(8)连接直流电源，加外加电场进行放电测试，找出此时的极限电流，具体如下：

在液流电池开始放电之后，接通漂移管(8)的开关，使待测离子侧的第三多孔电极(6)处于一个均匀的直流电场中；到液流电池的放电电压降低为零，停止放电程序，完成测量；此时测到的电流值即为待测离子在外加电场作用下的极限电流；

步骤5、由法拉第定律可知，在电解质溶液中，离子的流动产生了电流密度：

i_i＝z_iN_iF (1)，

其中，i_i为液流电池的电流密度，z_i为待测离子的电荷数，N_i为待测离子的流通量，F为法拉第常数；

待测离子溶液用泵打入流场后，穿透所述第三多孔电极和所述空隙到达膜电极组装体的催化层，待测离子以浓度c_s,i参与电化学反应；从流场到催化层之间的流通量N_i表示为：

其中L和l是多孔电极和空隙层的厚度，D_i^eff是待测离子i在多孔电极中的有效扩散系数，D_i是该待测离子i在电解液中的本征扩散系数；c_f,i为流场内的待测离子浓度；

在工作电池结构外套上一个漂移管，在漂移管上人工加一个电场，则在此情况下通过第三多孔电极的流通量N_i可表示为：

其中是由于电场强度引起的迁移量；若此时电池放电到极限电流i_lim,2，联立方程(1)～(3)，则引发极限电流的待测离子的离子淌度u_i在该电解液中表示为：

其中i_lim,1是无外加电场时的极限电流，故只要测出有/无外加电场时的极限电流值就能确定相应工况下的淌度。

3.根据权利要求2所述的液流电池进行在线测定溶液中离子淌度的方法，其特征在于，所述待测离子氧化还原电对与匹配氧化还原电对中使用的离子包括锌离子，钛离子，铬离子，钒离子，铜离子，铁离子，锰离子，钴离子，铈离子中的其中一种。