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    美國AII,美國Teledyne氧分析儀測量原理
    發布時間:2021-03-09   點擊次數:94次

    燃料電池是指原電池中的一種類型。原電池式氧分析儀中的電化學反應可以自發地進行,不需要外部供電,其綜合反應是氣樣中的氧和陽極發生氧化反應,反應的結果生成陽極氧化物,這種反應類似于氧的燃料反應,所以這類原電池也稱為“燃料電池”,以便與其他類型的原電池相區別,安裝有這類原電池的分析儀,我們稱之為燃料電池分析儀。由于陽極在反應中不斷消耗,因而電池需要定期更換。

     

    常見的化學燃料電池結構圖(酸性)

    1—FEP制成的氧擴散膜;2—電解液(乙酸);3—用于溫度補償的熱敏電阻和負載電阻;4—外電路信號輸出;5—石墨陽極;6—金陽極

    燃料電池式氧分析儀,既可以測量微量氧,也可以測量常量氧。若需要測量常量氧,其測量測量精度和長期使用的穩定性肯定不如順磁氧效果好,且電池的壽命因與氧濃度有關,所以測量常量氧,其壽命也較短。因此,它測量常量只適合一般要求不高的場合。而測量微量氧,則是這類儀器的優勢所在,它測量微量氧的下限為PPM級,而順磁氧為:0.1%(1000PPM)O2,精度高的順磁氧也只能達到0.01%(100PPM)O2。

    過去,燃料電池的電解質均采用電解液,近20年來,由于固體(糊狀)電解質應用于燃料電池,為了便于區分,我們將前者稱之為液體燃料電池,后者稱之為固體燃料電池。兩者相比,固體燃料電池比液體燃料電池有一定的優越性,但固體能否取代液體,尚難預料!

    在液體燃料電池中,我們根據燃料電池的性質,又將液體燃料電池分為堿性燃料電池和酸性燃料電池。

    5.1堿性液體燃料電池氧傳感器

    堿性液體燃料電池由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成,適合于一般場合,既可測微量氧,也可測常量氧。當樣品氣中含有酸性成分(如CO2、H2S、CL2、SO2、NOX等)時,會與堿性電解液起中和反應并對銀電極有腐蝕作用,造成電解池性能的衰變,出現響應時間變慢、靈敏度降低等現象,因此它不適合酸性成分的氣體測量。

     

    堿性液體燃料電池的結構和工作原理圖

    上圖為一款Teledyne公司的堿性液體燃料電池氧傳感器的原理結構。它是由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成,接觸金屬片作為電極引線分別與陰極和陽極相連,電解液通過上表面陰極的眾多圓孔外溢形成薄薄的一層電解質,電解質薄層的上面覆蓋了一張可以滲透氣體的聚四氟乙烯(PTFE)膜。

    樣品氣經過滲透膜進入薄層電解質,氣樣中的氧在電池中進行下述電化學反應:

    銀陰極:O2+2H2O+4e-→4OH-

       鉛陽極:2Pb+4OH-→2PbO+2H2O+4e-

       電池綜合反應:O2+2Pb→2PbO

    此反應是不可逆的,OH-離子流產生的電流與樣品氣中的氧的濃度成比例。在沒有氧存在時,不會發生反應,也不會產生電流,傳感器優良零點。陽極的鉛(Pb)在反應中不斷變成氧化鉛,直到鉛電極耗盡為止,就象某些燃料被氧化燒盡一樣。

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