一種多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在電化學(xué)科學(xué)發(fā)展過程中，研宄電化學(xué)反應(yīng)的生成物或中間產(chǎn)物的現(xiàn)代電化學(xué)分析技術(shù)起到了非常重要的作用。近年來，聯(lián)合電化學(xué)體系的現(xiàn)場或非現(xiàn)場的光譜分析技術(shù)(如紅外分光光度技術(shù)、表面增強(qiáng)Raman光譜技術(shù))、表面分析技術(shù)(如XPS、俄歇光電子能譜)以及氣、液相色譜等分析技術(shù)取得了非常顯著的進(jìn)步。在這些眾多的電化學(xué)譜學(xué)聯(lián)用技術(shù)中，電化學(xué)質(zhì)譜分析結(jié)果直觀、可靠，而且可以實(shí)時(shí)分析電化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)生成物產(chǎn)生/反應(yīng)物的消耗變化情況，進(jìn)而可以推斷電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)參數(shù)。這些優(yōu)點(diǎn)使得電化學(xué)質(zhì)譜成為一種非常有效的分析方法。
[0003]質(zhì)譜儀與電化學(xué)反應(yīng)裝置聯(lián)用最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代。1971年，Bruckenstein和Gadde用氣相質(zhì)譜檢測到了電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)，率先建立了電化學(xué)質(zhì)譜技術(shù)(Electrochemical Mass Spectroscopy，EMS)。實(shí)驗(yàn)裝置米用了膜進(jìn)樣方式，用多孔Teflon膜將電解液與質(zhì)譜的真空進(jìn)樣系統(tǒng)分隔開，只允許揮發(fā)性氣體產(chǎn)物進(jìn)入質(zhì)譜電離室。其技術(shù)特點(diǎn)是當(dāng)氣體樣品累積到一定的量之后，一次性地將產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入質(zhì)譜儀進(jìn)行定性和定量分析(Bruckenstein S，Gadde R R.Use of a porous electrodefor in situ mass spectrometric determinat1n of volatile electrode react1nproducts.Journal of the American Chemical Society,1971, 93(3):793 - 794.)o 1984年，0.Wolter 和 J.Heitbaum 建立差分電化學(xué)質(zhì)譜(Differential Electrochemical MassSpectroscopy，DEMS)，該技術(shù)沿用多孔Teflon膜進(jìn)樣方式，與EMS不同之處在于采用兩級真空泵分別對電離室、質(zhì)量分析系統(tǒng)分級抽真空，進(jìn)樣口處利用壓差將電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體快速吸入質(zhì)譜電離室，得到的質(zhì)譜信號強(qiáng)度正比于電化學(xué)反應(yīng)的法拉第電流。DEMS的技術(shù)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對揮發(fā)性產(chǎn)物的連續(xù)測量，總響應(yīng)時(shí)間小于Is (Wolter O, HeitbaumJ.Differential electrochemical mass-spectroscopy(Dems)-a new method for thestudy of electrode processes.Berichte der Bunsengesellschaft filr physikalischeChemie, 1984，88(1):2 - 6.)。1986 年 G.Hambitzer 和 J.Heitbaum將 N, N-二甲基苯胺電解氧化，并將電極表面的電解液連續(xù)導(dǎo)入質(zhì)譜熱噴霧離子室的前置進(jìn)樣毛細(xì)管中，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)質(zhì)譜在線檢測電極反應(yīng)的非揮發(fā)性產(chǎn)物(Hambitzer G, Heitbaum J.Electrochemicalthermospray mass spectrometry.Analytical Chemistry, 1986, 58(6):1067 - 1070.)。
[0004]目前，電化學(xué)質(zhì)譜都是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中搭建的。這難以滿足儲能材料的大規(guī)模研宄和應(yīng)用的需要。所以發(fā)展商品化的電化學(xué)質(zhì)譜儀勢在必行。不過，實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)對電化學(xué)質(zhì)譜的需求是不同的。
[0005]對實(shí)驗(yàn)室研宄來說，難點(diǎn)在于反應(yīng)機(jī)理的研宄，工作集中于電極材料和電解液的性能研宄。還會涉及到不同類型的電池，如:燃料電池，鋰/鈉/_氧/硫電池，鋰離子電池等。因此需要電化學(xué)質(zhì)譜能具備多種用途。這對載氣的種類選擇，氣路布局與控制，氣路零件選用都有較高的要求。
[0006]對電池生產(chǎn)企業(yè)來說，在相對較長的時(shí)間里，產(chǎn)品是相同的。對儀器的要求體現(xiàn)為對大批產(chǎn)品的檢驗(yàn)，需要提高效率。所以對多通道儀器的需求更為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過優(yōu)化電化學(xué)池及載氣進(jìn)樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)監(jiān)測電化學(xué)信號和質(zhì)譜信號，實(shí)現(xiàn)多用途多通道分析，進(jìn)而提供一種多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀。該電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀通用性好，既滿足實(shí)驗(yàn)室需求，又滿足電池企業(yè)的需求。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0009]一種多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀，包括電化學(xué)池及載氣進(jìn)樣系統(tǒng)、多通道電化學(xué)工作站和多通道質(zhì)譜儀；
[0010]所述多通道電化學(xué)工作站具有多通道分析接口，用于提供輸入、輸出電化學(xué)池工作需要的工作參數(shù)，提供電化學(xué)數(shù)據(jù)供進(jìn)一步分析；
[0011]所述多通道質(zhì)譜儀為氣體檢測器，具有多通道進(jìn)樣口、EI離子源、法拉第杯或微通道板檢測器，用于顯示、記錄各個(gè)通道樣品的成分、含量及其隨時(shí)間的變化情況，提供質(zhì)譜數(shù)據(jù)供進(jìn)一步分析；
[0012]所述電化學(xué)池及載氣進(jìn)樣系統(tǒng)包括多通閥、過濾器、流量計(jì)、電化學(xué)池和冷阱；
[0013]所述多通閥為多通一的切換閥，可以為同一通道分配不同的載氣；所述過濾器位于所述流量計(jì)之前，可以濾掉載氣中的顆粒，保護(hù)流量計(jì)；所述電化學(xué)池是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所；根據(jù)不同電化學(xué)池工作條件的需要，所述流量計(jì)可以測量、控制載氣流量；所述冷阱位于所述電化學(xué)池的后面，防止大量的液體進(jìn)入所述多通道質(zhì)譜儀。
[0014]對電化學(xué)數(shù)據(jù)和質(zhì)譜數(shù)據(jù)綜合分析，可以對電池工作性能進(jìn)行全面的評價(jià)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述過濾器的接口尺寸為1/8〃或者1/16〃，濾芯孔徑為2 μπι。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述多通閥是4通、6通或7通的電磁閥或者手動(dòng)切換閥，接口尺寸為1/8〃或者1/16"。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述流量計(jì)是數(shù)字或模擬模式的質(zhì)量流量計(jì)或者質(zhì)量流量控制計(jì)，接口尺寸為1/8〃或者1/16"，流量范圍為0-500mL/min。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述冷阱的制冷方式為電制冷、液氮或者干冰制冷，溫度達(dá)到小于-20攝氏度。
[0019]在上述技術(shù)方案中，所述載氣為氬氣、氧氣、氦氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂图状細(xì)怏w中的一種或多種。
[0020]在上述技術(shù)方案中，所述電化學(xué)池包括鋰離子電池、鋰空氣電池和燃料電池中的一種或多種。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明提供的多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀通過對電化學(xué)池中產(chǎn)生/消耗的氣體的定性定量數(shù)據(jù)和電化學(xué)池工作參數(shù)的結(jié)合分析，可以對電化學(xué)池的工作過程進(jìn)行推測。通過對氣路、接口、氣體種類、氣體流量的控制，可以提供多個(gè)通道用于連接不同的電化學(xué)池，電化學(xué)池工作過程中的電壓、電流、電池容量、時(shí)間控制等電信號由電化學(xué)工作站控制、記錄，產(chǎn)生/消耗的氣體種類、含量及其隨時(shí)間的變化由質(zhì)譜顯示、記錄。
[0023]本發(fā)明提供的多通道多用途電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀，通過對電化學(xué)池及載氣進(jìn)樣系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)了對不同電化學(xué)池工作中產(chǎn)生或消耗的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析。也實(shí)現(xiàn)了對多個(gè)電化學(xué)池同時(shí)進(jìn)行分析。并且該電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀通用性好，既滿足實(shí)驗(yàn)室需求，又滿足電池企業(yè)的需求。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]圖1為用本發(fā)明的電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀對鋰氧電池充放電過程所涉及到的氣體的分析示意圖。
[0026]圖2為用本發(fā)明的電化學(xué)質(zhì)譜聯(lián)用儀同時(shí)分析鋰離子電池和鋰硫電池的示意圖。
[0027]圖1中的附圖標(biāo)記表示為:
[0028]101-質(zhì)譜，102-過濾器，103-冷講，104-三通閥，105-氬氣，106-多通閥，107-過濾器，108-流量計(jì)，109-三通閥，110-電化學(xué)池，111-氬/氧混合氣，112-電化學(xué)工作站。
[0029]圖2中的附圖標(biāo)記表示為:
[0030]201