本实用新型涉及热电池技术领域，具体涉及一种热电池电解质隔膜电导率测试装置。
背景技术：
热电池是靠加热激活的一次性贮备电池，其电解质常温下为固态，使用时通过外部激活信号引燃电池内部热源，加热使熔盐电解质瞬间熔化成离子导体并处于导电状态，电池被激活开始放电。
采用高温熔融盐作为电解质是热电池的重要特征，常规电解质热电池工作时内部温度一般在400-600℃左右。当工作温度高于电解质熔点时，电解质便熔化、流动，严重时造成电池短路。为了抑制电解质的流动，通常采用比表面积较大的化学惰性物质添加到电解质中制备成电解质隔膜。锂系热电池一般采用氧化镁(MgO)作为电解质流动抑制剂，随着电解质中MgO含量的增加，其流动抑制效果越好，其电解质隔膜电导率就越小。随着科学技术的发展，对热电池工作比能量、比功率的要求越来越高，这就对电解质隔膜在工作温度区间内的电导率参数提出了更高的要求，而测定电解质隔膜在高温条件下的电导率成为解决问题的关键技术。
由于熔融盐具有高温和腐蚀性的特点，相比于常温液体，其电导率测定存在很多限制因素，如常温下测量电导率用的电极材料、电导池及商品化电导率仪会出现变形，不能满足测量范围要求的情况。热电池电解质隔膜是由电解质和MgO组成，热电池工作温度高于电解质熔点，但是低于流动抑制剂MgO的熔点，因此，在热电池工作温度区间内电解质隔膜不是处于完全熔融的流动状态，而是随着MgO含量的增加，呈现出越来越小的流动性。
常用的熔盐电导率测试方法主要包括四电极法、交流电桥法、惠斯顿电桥法、交流阻抗谱法和连续改变电导池常数法(Continuously Varying Cell Constant，简称CVCC法)等，该CVCC方法避免了交流阻抗谱法的难度，因为交流阻抗谱法要求提出准确的熔盐电化学系统对应的等效模拟电路，并扣除导线和电极的电阻；同时该方法也比电桥法更精确。
目前采用CVCC法测定完全熔融状态下的高温熔盐电导率技术已经相对稳定，但针对用CVCC法检测热电池用电解质隔膜在高温下的电导率并没有相关测试装置及报道。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供了一种热电池电解质隔膜电导率测试装置及方法。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种热电池电解质隔膜电导率测试装置，包括：手套箱、加热炉、电导池装置、升降装置、温控装置和电化学工作站；加热炉包括炉体、与炉体配合的炉盖以及设置在炉体内的载物台；炉体的开口和炉盖设置在手套箱内，炉体内壁设有保温层；电导池装置包括石墨坩埚、石英管、工作电极和对电极，石墨坩埚设置在载物台上，石英管贯穿炉盖中部并且伸入至石墨坩埚底壁，工作电极贯穿炉盖并保持在石英管内，对电极贯穿炉盖并且与石墨坩埚的盖子连接，工作电极和对电极分别与设置在手套箱外的电化学工作站电连接；升降装置设置在手套箱内，升降装置包括具有刻度尺的升降支架以及与升降支架连接的夹具，夹具远离升降支架的端部与工作电极连接固定连接；温控装置包括温控面板以及与温控面板连接的热电偶，温控面板设置在手套箱的外侧，热电偶设置在炉体和保温层之间。
本实用新型将加热炉和升降装置集成在手套箱内，使得整个测试系统处在手套箱提供的高温、惰性的密闭环境中，提高了检测精度。本实用新型采用CVCC法测试避免了交流阻抗谱法需要分析等效模拟电路，并扣除导线和电极电阻的复杂方法，同时比电桥法更准确。并且，本实用新型将工作电极通过夹具与带有刻度尺的升降支架连接，利用刻度尺可以准确的计量每次电极在熔盐中移动的距离，通过升降支架带动工作电极上下移动测试不同深度下熔盐的电阻，进而计算出电导率。此外，本实用新型将检测温度的热电偶设置在炉体和保温层之间，既能够检测到熔盐温度，由于热电偶没有与具有腐蚀性的熔盐直接接触，又克服了热电池熔盐电解质对常规热电偶保护套有较强腐蚀性的难题，提高了装置的安全性。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述工作电极为钼电极，对电极为铬铁镍合金电极。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述工作电极、对电极和石英管分别与炉盖通过耐高温硅胶密封塞密封连接。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述热电偶的数量为4个，并且沿炉体的周向均匀分布。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述升降支架包括支撑柱以及与所述支撑柱滑动连接的滑块，所述支撑柱内设有驱动所述滑块沿支撑柱上下移动的驱动装置，所述滑块与所述夹具连接。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述手套箱包括箱体以及设置在所述箱体底部的支腿，所述箱体的底部具有容纳所述炉体穿过的安装孔，所述炉体的开口以及与所述开口配合的炉盖设置在箱体内，炉体的其余部分保持在箱体外，箱体与炉体之间密封连接，升降装置安装在箱体的底部。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型将用于测试加热炉集成于手套箱中，利用手套箱提供惰性和高温的测试环境，并且整个手套箱为密闭箱体，密封性能良好。本实用新型通过热电偶对加热炉温度进行检测，并且由于热电偶设置在炉体和保温层之间，能够避免热电偶与熔盐直接接触而被腐蚀的缺陷，具有良好的抗腐蚀性能。本实用新型利用升降装置可精确控制工作电极在熔盐中移动的距离，并且测试过程中，工作电极位于石英管内，避免了石墨坩埚形状、待测样品含量等参数对电导率的影响。
附图说明
图1为本实用新型实施例的热电池电解质隔膜电导率测试装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的热电池电解质隔膜电导率测试装置的手套箱的结构示意图
图3为本实用新型实施例的热电池电解质隔膜电导率测试装置的升降装置的结构示意图；
图4为标准熔盐LiCl材料在650℃时工作电极不同熔盐浸润深度下阻抗谱图；
图5为标准熔盐LiCl材料在650℃时待测熔盐电阻值与工作电极位移距离关系图；
图6为电解质隔膜EB(20％)材料在550℃时工作电极不同熔盐浸润深度下阻抗谱图；
图7为电解质隔膜EB(20％)材料在550℃时待测熔盐电阻值与工作电极位移距离关系图。
图中：100-测试装置；110-手套箱；111-箱体；112-支腿；113-安装孔；120-加热炉；121-炉体；122-炉盖；123-石墨坩埚；124-保温层；125-石英管；126-工作电极；127-对电极；130-升降装置；131-升降支架；132-刻度尺；133-夹具；134-支撑柱；135-滑块；136-滑槽；137-驱动装置；141-温控面板；142-热电偶；150-电化学工作站；200-待测熔盐样品。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例
请参照图1，本实用新型的热电池电解质隔膜电导率测试装置100，包括：手套箱110、加热炉120、电导池装置、升降装置130、温控装置和电化学工作站150。请参照图2，手套箱110包括箱体111以及设置在所述箱体111底部的支腿112，所述箱体111的底部具有容纳所述炉体121穿过的安装孔113，所述炉体121的开口以及与所述开口配合的炉盖122设置在箱体111内，炉体121的其余部分保持在箱体111外，箱体111与炉体121之间密封连接，升降装置130安装在箱体111的底部。需要说明的是，本实用新型实施例采用的手套箱110是在现有手套箱110的基础上改进得到，其除了本实用新型所介绍的结构特征以外，还包括未在图中示出的常规部件，例如手套孔、气体净化系统、过渡舱、真空泵等常规部件。
请参照图1，加热炉120包括炉体121、与炉体121配合的炉盖122以及设置在炉体121内的石墨坩埚123。炉体121的开口和炉盖122设置在手套箱110内，炉体121内壁设有保温层124。炉盖122的中部设有贯穿炉盖122并且伸入至石墨坩埚123底壁的石英管125。石英管125内设有贯穿炉盖122的工作电极126，炉盖122的边缘设有对电极127，工作电极126和对电极127分别与设置在手套箱110外的电化学工作站150电连接。优选地，工作电极126为钼电极，对电极127为铬铁镍合金电极。当然，也可以是其他种类的电极。工作电极126、对电极127和石英管125分别与炉盖122通过耐高温硅胶密封塞密封连接。
请参照图1，升降装置130设置在手套箱110内。升降装置130包括具有刻度尺132的升降支架131以及与升降支架131连接的夹具133，夹具133远离升降支架131的端部与工作电极126连接固定连接。请参照图3，升降支架131包括支撑柱134以及与所述支撑柱134滑动连接的滑块135。支撑柱134具有与滑块135配合的滑槽136，滑槽136沿支撑柱134的长度方向设置。支撑柱134内设有驱动滑块135沿支撑柱134上下移动的驱动装置137。驱动装置137可以是电机或液压缸，其动力输出轴与滑块135连接。滑块135与夹具133连接。滑块135带动夹具133，进而带动工作电极126上下移动。
请参照图1，温控装置包括温控面板141以及与温控面板141连接的热电偶142。温控面板141设置在手套箱110的外侧。温度控制面板上设有温度显示器、温度开关按钮和温度调节按钮。热电偶142设置在炉体121和保温层124之间，用于检测石墨坩埚123内熔盐的温度。优选地，热电偶142的数量为4个，并且沿炉体121的周向均匀分布。
请参照图1，电化学工作站150设置在手套箱110外侧，其两个测试抬头分别与工作电极126和对电极127连接。优选地，电化学工作站150为瑞士万通Autolab电化学工作站150。
利用上述的测试装置检测热电池隔膜电导率的方法，包括：
(1)将标准熔盐样品LiCl置于石墨坩埚中，设置手套箱的反应环境为含水量小于0.1ppm、含氧量小于0.1ppm的惰性环境；设定加热炉温度为650℃，加热熔盐样品；利用升降装置将工作电极伸入石英管内的熔盐中，并保持在特定深度，标记刻度为0mm处，利用电化学阻抗谱测试技术测定填充进毛细管的标准熔盐样品所产生的阻抗，从而计算该部分标准熔盐样品的电阻；
(2)重复本步骤(1)，测定依次向上提升工作电极2mm，不同深度下，待测标准熔盐样品的电阻，电化学阻抗谱测试结果如图4所示，工作电极移动距离与待测熔盐电阻关系如图5所示，利用标准熔盐LiCl电导率与温度关系方程式k＝-2.06747+12.1271×10-3T-3.7641×10-6T2，可计算LiCl熔盐在650℃下的电导率数值，根据CVCC法处理数据方法，代入公式(1)中
式(1)中γ为待测熔盐电导率，A为电导池的内截面积，Z’为电路中的总电阻，L为电导池长度。其中可以根据图5获得d Z’/dL数值，最后计算石英管内电导池的内截面积为0.2089cm2；
(3)将待测熔盐样品置于石墨坩埚中，该样品由二元电解质(E)和抑制剂MgO(B)材料混合而成，其中E组成为LiCl:KCl(45:55wt％)，EB中B的含量分别为20％。设定加热炉温度为550℃，其他实验条件及数据处理方式重复步骤(1)和(2)，电化学阻抗谱测试结果如图6所示，工作电极移动距离与待测熔盐电阻关系如图7所示，应用计算得出的石英管电导池截面积参数0.2089cm2，计算待测熔盐样品在550℃的电导率为1.659s/cm。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。