[发明专利]一种电极温度可控的热电化学电池试验台及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑电极温度的电化学试验台，尤其涉及一种电极温度可控的热电化学电池试验台及其方法。

背景技术

在当今节能与环保的时代主题下，余热回收技术是一项提高能源利用率的有效途径。关于余热回收的研究得到了学界与产业界的重点关注。而热电化学电池，就是一种基于电化学方法的余热利用技术，能够将低品位热能直接转化为电能。在工作模式上，它与传统的半导体温差发电技术相似，在电池两端施加温差，即可在两电极间形成电动势。它们具有相同的优点，比如能量直接转换，没有噪音等。由于热电化学电池主要构成是电解液，因此仅适用于电解液沸点温度以下的热能回收，在高温液体如高温冷却水、导热油等的余热回收，或者能源的梯级利用上有较大应用前景。目前该技术还未进行产业化，相关研究还处在认识阶段，需要大量的实验研究来展示不同热电化学电池的输出特性及其内部的工作机制。

电极温度，作为热电化学电池发电的起因，是所有实验变量中最重要的。但目前相关实验研究中采用的控温方法基本都为冷热流体冲刷电极的方式，热流体通过电热丝加热，冷流体选择常温自来水。这种控温方式是通过控制冷热流体的温度来间接控制电极温度，并且冷端无法降到常温以下，在控制电极温度上缺乏足够的精度与自由度。因此，多数实验研究仅对一种温度条件下的热电化学电池进行性能测试，并且不同学者的实验采用的温度经常并不相同。这等于忽略了温度变化对热电化学电池的影响，并且不同学者的结论无法进行比较。

半导体制冷片是一种先进的热源热汇，其最大的优势在于既可以作为热源为对象加热，也可以作为热汇为对象制冷。而制冷与加热的工作模式改变，仅通过改变电流的方向即可实现，非常方便易用。这种特性使得半导体制冷片在小功率温控场合进行主动高精度的温度控制具有非常好的效果。

基于以上原因，本发明提出了一种电极温度可控的热电化学电池标准试验台系统，通过半导体制冷技术精确控制电极温度。本发明在实现常规电池性能测试功能的基础上，还能够揭示电极温度对热电化学电池性能的影响，并为不同电池在同样温度下的性能对比提供了技术保证。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种电极温度精确可控的热电化学电池试验台及其方法。

为解决该技术问题，本发明的技术方案是：

电极温度精确可控的热电化学电池试验台包括待测电池、测量模块与两套温控模块，所述的待测电池包括两个电极，每套温控模块包括水浴池、半导体制冷片、水冷板、水散热器、水泵、感温元件和TEC控制器，所述的测量模块为电子负载或电化学工作站；

两套温控模块独立对两个电极进行温度控制；待测电池的电极和半导体制冷片均与水浴池紧贴，半导体制冷片通过水浴池均匀对电极加热或制冷，水冷板贴附在半导体制冷片非工作侧的表面，水冷板、水散热器、水泵经水管顺次循环相连，感温元件贴附在电极表面，并与TEC控制器连接，TEC控制器与半导体制冷片相连控制半导体制冷片工作，测量模块，两套温控模块的TEC控制器均与计算机相连。

待测电池电极与电子负载相连，用以测取电势差和回路电流；感温元件贴附在电极表面，并与TEC控制器连接，采集电极温度用于数据输出与反馈控制；TEC控制器与半导体制冷片相连，控制后者工作；电子负载与TEC控制器均与计算机相连，进行数据记录与存储，并通过上位机软件对整个试验台进行监控。

优选的，所述的待测电池包含电池本体、电解液、电极，电池本体上设有两个用于注入电解液的注液管，电极为电极板，电极板夹于电池本体和水浴池间。

优选的，所述的电池本体为圆柱型，电池本体与水浴池之间通过螺栓连接紧固，电池本体与电极板之间，以及水浴池与电极板之间均由密封圈密封。

优选的，所述的水浴池包括水浴池壳体，水浴池壳体上设有注水管、出水管和感温元件引线开口，水浴池壳体一个端面为金属换热面。

优选的，所述的半导体制冷片一侧与金属换热面接触换热，另一侧与水冷板接触换热，在所有换热接触面上均涂覆导热硅脂，使强化导热。

优选的，所述的感温元件为热电阻或热电偶。

所述试验台的热电化学电池性能测试方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将感温元件用防水胶粘接在电极表面，粘接位置为电极极板中心，引线经水浴池侧壁导出，接入TEC控制器；

2)将电子负载或电化学工作站与电极连接；

3)在计算机上设定目标温度、PID参数