一種水溶電解液體系及其在電化學氧氣傳感器中的應用的制作方法
【專利摘要】一種水溶電解液體系及其在電化學氧氣傳感器中的應用，它涉及一種電解液及其應用。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有電解液體系存在容易發(fā)生水分揮發(fā)而造成傳感器失效的問題。一種水溶電解液體系由電解質材料和支持材料組成；所述的電解質材料為水；所述的支持材料為親水性離子液體；將親水性離子液體置于一定濕度的環(huán)境下自然吸水直至恒重，即得到水溶電解液體系。水溶電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用。優(yōu)點：利用親水性離子液體較強的吸水特性，實現(xiàn)對水電解質材料的吸收與保持，從而避免因水電解質揮發(fā)造成的傳感器性能差、壽命短。
【專利說明】一種水溶電解液體系及其在電化學氧氣傳感器中的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電解液及其應用。

【背景技術】
[0002] 在本領域中電化學氧氣傳感器及水氧電化學反應是公知的，氧氣與水在催化電極 催化作用下發(fā)生電化學反應，產生的電化學電流與氧氣濃度/分壓具有一定的函數(shù)關系， 利用這一函數(shù)關系實現(xiàn)對氧氣濃度/分壓的檢測。傳統(tǒng)的以氯化鉀等無機鹽水溶液為電解 液已經被描述用于電化學氧氣傳感器，上述電解液體系在高溫或者低氣壓等惡劣環(huán)境條件 下容易發(fā)生水分揮發(fā)而造成傳感器失效，并且是不可逆的。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有電解液體系存在容易發(fā)生水分揮發(fā)而造成傳感器失 效的問題，而提供一種水溶電解液體系及其在電化學氧氣傳感器中的應用。
[0004] -種水溶電解液體系由電解質材料和支持材料組成；所述的電解質材料為水；所 述的支持材料為親水性離子液體；將親水性離子液體置于濕度為5 %?100 %的環(huán)境下自 然吸水直至恒重，即得到水溶電解液體系。
[0005] -種水溶電解液體系的應用，作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點：利用親水性離子液體較強的吸水特性，實現(xiàn)對水電解質材料的吸 收與保持，從而避免因水電解質揮發(fā)造成的傳感器性能差、壽命短。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是試驗一中電化學氧氣傳感器示意圖；
[0008] 圖2是以咪唑類親水離子液體作為支持材料的水溶電解液體系制作的電化學氧 氣傳感器長期穩(wěn)定性輸出特性曲線；
[0009] 圖3是以咪唑類親水離子液體作為支持材料的水溶電解液體系制作的電化學氧 氣傳感器長期穩(wěn)定性輸出特性曲線。

【具體實施方式】
[0010]

【具體實施方式】一：本實施方式是一種水溶電解液體系由電解質材料和支持材料組 成；所述的電解質材料為水；所述的支持材料為親水性離子液體；將親水性離子液體置于 濕度為5%?100%的環(huán)境下自然吸水直至恒重，即得到水溶電解液體系。
[0011] 利用親水性離子液體較強的吸水特性，實現(xiàn)對水電解質材料的吸收與保持，從而 避免因水電解質揮發(fā)造成的傳感器性能差、壽命短。

【具體實施方式】 [0012] 二：本實施方式與一的不同點是：所述的親水性離子 液體由親水性陽離子和親水性陰離子組成。其他與一相同。
[0013] 本實施方式所述的親水性離子液體由親水性陽離子和親水性陰離子組成，親水性 離子液體呈電中性，即親水性離子液體中親水性陽離子帶的正電荷與親水性陰離子帶的負 電荷相等，親水性離子液體在一定的環(huán)境條件下能夠自然吸收環(huán)境中的水分，并且能夠實 現(xiàn)對水分的保持，甚至在一定的真空度及高溫條件下仍能實現(xiàn)對水分的保持，而不需要向 其中加入水。

【具體實施方式】 [0014] 三：本實施方式與一或二之一不同點是：所述的親水 性陽離子選自咪唑陽離子、吡啶陽離子、噻唑陽離子、吡咯陽離子和噻唑啉陽離子。其他與 一或二相同。

【具體實施方式】 [0015] 四：本實施方式與一至三之一不同點是：所述的親水 性陰離子選自鹵化物陰離子、硝酸根陰離子、四氟硼酸根陰離子、六氟磷酸根陰離子、多氟 烷烴磺酸根陰離子、烷基硫酸根陰離子、烷烴磺酸根陰離子和醋酸根陰離子。其他與具體實 施方式一至三相同。

【具體實施方式】 [0016] 五：本實施方式是一種水溶電解液體系在電化學氧氣傳感器中的應 用，水溶電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用。

【具體實施方式】 [0017] 六：本實施方式與五的不同點是：所述的水溶電解液 體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用時，采用隔膜將工作電極與水溶電解液體系 隔離。其他與五相同。

【具體實施方式】 [0018] 七：本實施方式與五或六之一不同點是：所述的水溶 電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用時，首先將水溶電解液體系吸附在載 體上。其他與五或六相同。
[0019] 采用下述試驗驗證本發(fā)明效果
[0020] 試驗一：結合圖1，一種水溶電解液體系在電化學氧氣傳感器中的應用：
[0021] 水溶電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用；
[0022] 所述的水溶電解液體系由電解質材料和支持材料組成；所述的電解質材料為水； 所述的支持材料為1- 丁基-3-甲基咪唑；將1- 丁基-3-甲基咪唑置于濕度為40%的環(huán)境 下自然吸水直至恒重，即得到水溶電解液體系。
[0023] 圖1是本試驗中電化學氧氣傳感器示意圖，圖中1為透氣膜、2為工作電極、3為隔 膜、4為吸附在固載上的電解液體系、5為對電極、6為微型電路、7為殼體；微型電路6置于 殼體7內，在微型電路6上安置對電極5,在對電極5上安置吸附在載體上的電解液體系4， 在吸附在載體上的電解液體系4上安置工作電極2,在工作電極2上安置透氣膜1 ;
[0024] 工作原理：環(huán)境中的氧氣分子透過透氣膜1到達工作電極2表面，在工作電極2的 催化作用下與吸附在載體上的電解液體系中電解液發(fā)生電化學反應，在工作電極2與對電 極5之間產生一個與氧氣濃度（分壓）具有一定函數(shù)關系的反應電流。
[0025] 傳感器放在正常環(huán)境下進行穩(wěn)定，直至輸出穩(wěn)定，結果圖示于圖2。正常環(huán)境：溫 度151：?351：、濕度20%?80%、氣壓86迚&?106迚&。通過圖2是傳感器裝配后穩(wěn)定 性實驗數(shù)據(jù)，表達的信息有三個方面：一、傳感器裝配完成后需要一定的穩(wěn)定時間，輸出穩(wěn) 定；二、傳感器壽命超過以氯化鉀等無機鹽水溶液為電解液的電化學氧傳感器（通常為六 個月），解決了傳感器壽命問題；三、傳感器在整個壽命考核期間，輸出穩(wěn)定。
[0026] 利用測試裝置向傳感器通入N2 (99. 9%以上）、（10±2) %、（20±2) %、（30±2) %、 (40±2) %、（50±2) %的02標準氣，氣體流量為100ml/min，對傳感器非線性進行測試，結果 圖示于圖3。通過圖3是傳感器穩(wěn)定6個月后進行的非線性測試數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)可以看出， 傳感器工作的直線方程的R2 = 〇. 9904,從而可以算出傳感器非線性為0. 96%，達到目前國 際電化學氧氣傳感器的水平，表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。
【權利要求】
1. 一種水溶電解液體系，其特征在于水溶電解液體系由電解質材料和支持材料組成； 所述的電解質材料為水；所述的支持材料為親水性離子液體；將親水性離子液體置于濕度 為5%?100%的環(huán)境下自然吸水直至恒重，即得到水溶電解液體系。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種水溶電解液體系，其特征在于所述的親水性離子液體由 親水性陽離子和親水性陰離子組成。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種水溶電解液體系，其特征在于所述的親水性陽離子選自 咪唑陽離子、吡啶陽離子、噻唑陽離子、吡咯陽離子和噻唑啉陽離子。
4. 根據(jù)權利要求2所述的一種水溶電解液體系，其特征在于所述的親水性陰離子選自 鹵化物陰離子、硝酸根陰離子、四氟硼酸根陰離子、六氟磷酸根陰離子、多氟烷烴磺酸根陰 離子、烷基硫酸根陰離子、烷烴磺酸根陰離子和醋酸根陰離子。
5. -種水溶電解液體系在電化學氧氣傳感器中的應用，其特征在于水溶電解液體系作 為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種水溶電解液體系在電化學氧氣傳感器中的應用，其特征 在于所述的水溶電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用時，采用隔膜將工作 電極與水溶電解液體系隔離。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種水溶電解液體系在電化學氧氣傳感器中的應用，其特征 在于所述的水溶電解液體系作為電解液在電化學氧氣傳感器中的應用時，首先將水溶電解 液體系吸附在載體上。
【文檔編號】G01N27/26GK104122310SQ201410384490
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】尤佳, 秦浩, 祁欣, 徐振忠, 遲超, 張巍, 周明軍 申請人:中國電子科技集團公司第四十九研究所