一種甲醇溶液濃度的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種甲醇溶液濃度的檢測方法，屬于甲醇溶液濃度的檢測方法領域。解決現有的直接甲醇燃料電池中燃料甲醇濃度的檢測方法不夠精確的問題。該方法先配制標準溶液，然后根據甲醇標準溶液濃度與所測電阻值的關系繪制甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線；最后利用標準工作曲線，得出待測溶液的濃度值。本發(fā)明所用的甲醇氣體傳感器無需跟待測溶液直接接觸，保證直接甲醇燃料電池在合理的甲醇濃度范圍內工作，器件使用壽命長，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種甲醇溶液濃度的檢測方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于甲醇溶液濃度的檢測方法領域，具體涉及一種甲醇溶液濃度的檢測方 法。
【背景技術】
[0002] 直接甲醇燃料電池(DMFC)，是將燃料（甲醇)和氧化劑(氧氣或空氣）的化學能直接 轉化為電能的一種發(fā)電裝置。直接甲醇燃料電池以其燃料來源豐富、儲存攜帶方便、結構簡 單、成本低廉、操作安全、持續(xù)供電時間長等優(yōu)點而日益受到廣泛關注。DMFC潛在的應用前 景，主要集中在分散電源(偏遠地區(qū)小型分散電源、家庭不間斷電源），移動電源（國防通訊 移動電源、單兵作戰(zhàn)武器電源、車載武器電源、電動摩托車或助動車等移動電源），電子產品 電源(手機、PDA、攝像機、筆記本電腦等電源），MEMS器件微電源以及傳感器件等領域。在過 去的二十多年里，人們對這種新型電源產生了巨大熱情，許多國家均對發(fā)展DMFC進行了較 大的科技投入。作為直接甲醇燃料電池(DMFC)燃料的甲醇其理論比能與純的甲醇的能量密 度分別為6100Wh kg-1與4800Wh L-、但是，DMFC工作時甲醇從陽極交換到陰極會導致DMFC 能量密度的衰減。提供給DMFC陽極的甲醇溶液應該是低濃度的（一般小于2mol )，而當DMFC 工作時系統(tǒng)需要對另外一級內部甲醇濃度的預定范圍提供一個精確的控制。為了能給DMFC 系統(tǒng)內的額外的純甲醇的控制提供精確的信息，因此，一個能精確控制甲醇濃度的傳感器 在DMFC的實際工作中是非常重要的。研究開發(fā)具有高性能和高可靠性的應用于DMFC中的甲 醇濃度檢測傳感器具有非常重要的科學意義和現實社會意義。
[0003] 現有技術中提供的關于在DMFC中應用的甲醇濃度的檢測方法大都是利用電化學 原理制作的。1989年美國的T. Kumaga i等人提出利用甲醇的出現引起開路電壓變化的方法 來檢測甲醇的濃度。這種傳感器件的結構類似于一個常規(guī)的DMFC，當甲醇通過膜擴散進入 陰極的空氣中時，它將引起陰極開路電壓的減小。甲醇的濃度越高，擴散通過膜的甲醇越 多，從而陰極的開路電壓越低。但是此種方法最大的缺點是它的重復性非常的不好。1990年 Y.Nogami等人提出利用電容的方法檢測汽油和甲醇混合物中的甲醇濃度。由于甲醇和汽油 的介電常數是不同的，因此，兩個電極之間的電容會隨著甲醇濃度的變化而變化。但是由于 甲醇和水介電常數的差別遠遠小于甲醇與汽油介電常數的差別，而在DMFC中的甲醇濃度一 般小于5wt%，因此，此方法很難檢測水中的甲醇濃度。1998年Barton等人利用甲醇電化學 氧化的極限電流來檢測DMFC中的甲醇濃度。Barton設計使得甲醇在擴散通過Nafkm膜后 被氧化。由此表明，在溫度從40~80 °C的范圍內，極限電流和甲醇濃度(高達4mo 1)之間存在 一個極強的相關性。但是此傳感器需要用到一層的DMFC單元作為一個敏感器件，因此在實 際應用中能否與實際工作的DMFC很好耦合是個未知數。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現有的直接甲醇燃料電池中燃料甲醇濃度的檢測方法 不夠精確的問題，而提供一種甲醇溶液濃度的檢測方法。
[0005] 本發(fā)明提供一種甲醇溶液濃度的檢測方法，包括：
[0006] 步驟一:標準溶液的配制
[0007] 將分析純的甲醇溶液用去離子水稀釋，配置成濃度分別為lm〇l/L、1.5m〇l/L、 2mo 1 /L、2.5mo 1 /L、3mo 1 /L的甲醇標準溶液；
[0008] 步驟二:標準溶液的測試
[0009] 將步驟一中各種濃度的甲醇標準溶液分別處于22 °C~70 °C的溫度條件下，將甲醇 氣體傳感器及溫度傳感器分別放入不同濃度的甲醇標準溶液中，分別測試甲醇氣體傳感器 在不同溫度條件下不同濃度甲醇標準溶液中的電阻值，并根據甲醇標準溶液濃度與所測電 阻值的關系繪制甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線；
[0010]步驟三:待測溶液濃度的測試
[0011] 將待測溶液放入直接甲醇液體燃料電池的燃料混合室中，將甲醇氣體傳感器及溫 度傳感器也放入混合室中，并測試甲醇氣體傳感器的電阻值與對應的溫度值，根據步驟二 的標準工作曲線，得出待測溶液的濃度值。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的分析純的甲醇溶液濃度大于等于99.5%。
[0013]優(yōu)選的是，所述直接甲醇液體燃料電池的燃料混合室的體積小于50ml。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的氣體傳感器與待測溶液液面的距離為l_2cm。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的甲醇氣體傳感器的制備方法，包括：
[0016] 1)將半導體氧化物納米材料加去離子水成糊狀后，涂在帶有信號電極的陶瓷管 上，然后向陶瓷管中穿入加熱絲，制成燒結型旁熱式氣敏元件；
[0017] 2)將步驟1)得到的氣敏元件焊接到測試管座上，在200°C~240°C條件下老化10~ 12小時，得到甲醇氣體傳感器。
[00?8 ]優(yōu)選的是，所述的半導體氧化物納米材料為Sn〇2、ZnO或I Π2〇3。
[0019] 本發(fā)明的有益效果
[0020] 本發(fā)明提供一種甲醇溶液濃度的檢測方法，由于不同溫度、不同濃度甲醇溶液上 方的甲醇氣體濃度是不同的。而甲醇溶液的濃度與其上方氣體濃度的關系是一定的，本發(fā) 明是利用甲醇氣體傳感器對不同甲醇氣體濃度的檢測來確定甲醇溶液濃度的，該方法簡 單、實用性強。所用的甲醇氣體傳感器無需跟待測溶液直接接觸，保證直接甲醇燃料電池在 合理的甲醇濃度范圍內工作，器件使用壽命長，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明所用甲醇氣體傳感器的結構示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實施例1不同溫度條件下甲醇溶液濃度與Sn02納米線基甲醇氣體傳 感器電阻值的標準工作曲線；
[0023] 圖3為本發(fā)明實施例2不同溫度條件下甲醇溶液濃度與Sn02納米管基甲醇氣體傳 感器電阻值的標準工作曲線。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明提供一種甲醇溶液濃度的檢測方法，包括：
[0025]步驟一:標準溶液的配制
[0026]將分析純的甲醇溶液用去離子水稀釋，配置成濃度分別為lm〇l/L、1.5m〇l/L、 2mol/L、2.5mol/L、3mol/L的甲醇標準溶液;所述的分析純的甲醇溶液濃度優(yōu)選大于等于 99.5% ；
[0027]步驟二:標準溶液的測試
[0028] 將步驟一中各種濃度的甲醇標準溶液分別處于22 °C~70 °C的溫度條件下，將甲醇 氣體傳感器及溫度傳感器分別放入不同濃度的甲醇標準溶液中，分別測試甲醇氣體傳感器 在不同溫度條件下不同濃度甲醇標準溶液中的電阻值，并根據甲醇標準溶液濃度與所測電 阻值的關系繪制甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線；
[0029] 步驟三:待測溶液濃度的測試
[0030] 將待測溶液放入直接甲醇液體燃料電池的燃料混合室中，將甲醇氣體傳感器及溫 度傳感器也放入混合室中，并測試待甲醇氣體傳感器的電阻值與對應的溫度值，根據步驟 二的標準工作曲線，得出待測溶液的濃度值;所述直接甲醇液體燃料電池的燃料混合室的 體積優(yōu)選小于50ml;所述的氣體傳感器與待測溶液液面的距離優(yōu)選為l-2cm。
[0031] 按照本發(fā)明，所述的甲醇氣體傳感器和溫度傳感器為本領域常用的傳感器，本發(fā) 明所述的甲醇氣體傳感器為所有對甲醇具有敏感特性的氣體傳感器，制備方法沒有特殊限 制，所述的甲醇氣體傳感器的制備方法優(yōu)選包括：
[0032] 1)將半導體氧化物納米材料加去離子水成糊狀后，涂在帶有信號電極2的陶瓷管1 上，然后向陶瓷管1中穿入加熱絲3,制成燒結型旁熱式氣敏元件，其結構示意圖如圖1所示； 所述的半導體氧化物納米材料為對甲醇氣體具有敏感特性的半導體氧化物納米材料，優(yōu)選 包括 Sn〇2、ZnO 或 In2〇3。
[0033] 2)將步驟1)做好的氣敏元件焊接到測試管座上，在200°C~240°C條件下老化10~ 12小時，得到甲醇氣體傳感器。
[0034] 下面結合具體實施例對本發(fā)明方法作進一步說明。
[0035] 實施例1
[0036]本發(fā)明實施例所用甲醇氣體傳感器是以靜電紡絲方法制備的Sn02納米線材料為 敏感材料制作的旁熱式氣體傳感器。甲醇氣體傳感器的結構示意圖如圖1所示。器件工作時 加熱電極倆端所施加的加熱電壓為5V。
[0037] (1)標準溶液的配置:將分析純的甲醇溶液(濃度大于等于99.5%)用去離子水稀 釋，分別配置成濃度為1~3mol/L的5個不同濃度(步長為0.5mol/L) 20ml的甲醇標準溶液； [0038] (2)標準溶液的測試:將步驟（1)中各種濃度的甲醇標準溶液分別處于22 °C~70 °C 的不同溫度條件下，將Sn02納米線基甲醇氣體傳感器分別放入不同濃度的甲醇標準溶液上 方，分別測試其在不同溫度條件下不同濃度甲醇標準溶液上方的電阻值，并根據甲醇標準 溶液濃度與電阻值的關系繪制出甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線，如圖 2所示；
[0039] (3)待測試樣的測試:將待測溶液放入直接甲醇燃料電池的燃料混合室中，將Sn02 納米線基甲醇氣體傳感器及溫度傳感器放入直接甲醇燃料電池的燃料混合室中，測試得到 實時的電阻值為〇.33kQ，當時對應的溫度為50°C，根據步驟(2)所繪制的如圖2所示的標準 工作曲線，得出待測溶液的濃度值為1.5mo 1 /L。
[0040] 實施例2
[0041]本發(fā)明實施例所用甲醇氣體傳感器是以靜電紡絲方法制備的Sn02納米管材料為 敏感材料制作的旁熱式氣體傳感器。甲醇氣體傳感器的結構示意圖如圖1所示。器件工作時 加熱電極倆端所施加的加熱電壓為5V。
[0042] (1)標準溶液的配置:將分析純的甲醇溶液(濃度大于等于99.5%)用去離子水稀 釋，分別配置成濃度為1~3mol/L的5個不同濃度(步長為0.5mol/L) 20ml的甲醇標準溶液； [0043] (2)標準溶液的測試:將步驟(1)中各種濃度的甲醇標準溶液分別處于22°C~70°C 的不同溫度條件下，將Sn02納米管基甲醇氣體傳感器分別放入不同濃度的甲醇標準溶液上 方，分別測試其在不同溫度條件下不同濃度甲醇標準溶液上方的電阻值，并根據甲醇標準 溶液濃度與電阻值的關系繪制出甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線，如圖 3所示；
[0044] (3)待測試樣的測試:將待測溶液放入直接甲醇燃料電池的燃料混合室中，將Sn02 納米管基甲醇氣體傳感器及溫度傳感器放入直接甲醇燃料電池的燃料混合室中，測試得到 實時的電阻值為2.2kQ，當時對應的溫度為50°C，根據步驟(2)所繪制的如圖3所示的標準 工作曲線，得出待測溶液的濃度值為1.5mo 1 /L。
【主權項】
1. 一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，包括： 步驟一:標準溶液的配制 將分析純的甲醇溶液用去離子水稀釋，配置成濃度分別為lm〇l/L、1.5m〇l/L、2m 〇l/L、 2.5mol/L、3mol/L的甲醇標準溶液； 步驟二:標準溶液的測試 將步驟一中各種濃度的甲醇標準溶液分別處于22°C~70°C的溫度條件下，將甲醇氣體 傳感器及溫度傳感器分別放入不同濃度的甲醇標準溶液中，分別測試甲醇氣體傳感器在不 同溫度條件下不同濃度甲醇標準溶液中的電阻值，并根據甲醇標準溶液濃度與所測電阻值 的關系繪制甲醇氣體傳感器在不同溫度條件下的標準工作曲線； 步驟三:待測溶液濃度的測試 將待測溶液放入直接甲醇液體燃料電池的燃料混合室中，將甲醇氣體傳感器及溫度傳 感器也放入混合室中，并測試甲醇氣體傳感器的電阻值與對應的溫度值，根據步驟二的標 準工作曲線，得出待測溶液的濃度值。2. 根據權利要求1所述的一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，所述的分析純的 甲醇溶液濃度大于等于99.5%。3. 根據權利要求1所述的一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，所述直接甲醇液 體燃料電池的燃料混合室的體積小于50m 1。4. 根據權利要求1所述的一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，所述的氣體傳感 器與待測溶液液面的距離為l-2cm〇5. 根據權利要求1所述的一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，所述的甲醇氣體 傳感器的制備方法，包括： 1) 、將半導體氧化物納米材料加去離子水成糊狀后，涂在帶有信號電極（2)的陶瓷管 (1)上，然后向陶瓷管中穿入加熱絲(3 )，制成燒結型旁熱式氣敏元件； 2) 、將步驟1)得到的氣敏元件焊接到測試管座上，在200°C~240°C條件下老化10~12 小時，得到甲醇氣體傳感器。6. 根據權利要求5所述的一種甲醇溶液濃度的檢測方法，其特征在于，所述的半導體氧 化物納米材料為Sn〇2、ZnO或In2〇3。
【文檔編號】G01N27/12GK106093139SQ201610488028
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】邢巍, 賀媛, 李晨陽, 劉長鵬, 梁亮, 葛君杰, 金釗
【申請人】中國科學院長春應用化學研究所