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用于大气环境监测的燃料电池型气体传感器的研究

王玉杰  
【摘要】:目前对燃料电池的研究主要集中在能源,用于集中发电和各种分散电源和可移动电源,而将燃料电池用于大气环境监测中的研究却很少。本文从燃料电池技术及气体传感器出发,对燃料电池用于大气环境监测的可行性进行了深入研究。主要开展了以下工作:(1) 自制多孔气体扩散电极;(2) 多孔气体扩散电极比较与选择;(3) 确定合适的电解液体系;(4) 最后,用选择出的多孔气体扩散电极、电解液体系构成燃料电池,并在实验条件下考察了燃料电池对还原性气体SO_2、H_2S的响应情况。 结果表明,用特殊阳极E_(Al)作燃料电池的阳极,特殊阴极E_(Cl)作燃料电池的阴极,10%H_2SO_4水溶液作电解液时,在67ppm~668ppm范围内,燃料电池对SO_2气体的响应信号与SO_2气体浓度有很好的线性关系(线性方程式为Y=0.5901X-32.4,R~2=0.9993)。响应时间约30s,灵敏度为0.59μA·ppm~(-1),检出限为55ppm。常温下,对浓度为134ppm、668ppm的SO_2气体,RSD(n=6)分别为7.3%、1.2%。用氢电极E_(H3)作燃料电池的阳极,Pt空气电极E_(G3)作燃料电池的阴极,含0.1%Mn~(2+)的10%H_2SO_4溶液作电解液时,在200ppm~1000ppm范围内,燃料电池对H_2S气体的响应信号与H_2S气体浓度亦有很好的线性关系(线性方程式为Y=0.1567X-25.449,R~2=0.9956),响应时间约3s,灵敏度为0.16μA·ppm~(-1),检出限为162ppm。常温下,对浓度为200ppm、800ppm的H_2S气体,RSD(n=6)分别为7.9%、5.2%。 初步研究工作证明基于多孔气体扩散电极的燃料电池对SO_2、H_2S气体的浓度变化具有较好的线性响应,如果进一步优化电极及燃料电池的结构性能,将其用于大气环境监测是完全可行的。 将燃料电池用于大气环境中检测气体目标物,不但具有快速、简单、实时、 方便、准确的特点,而且较之其它类型的传感器而言,这种方法不需要动力电 源,小型、便于携带,易实现在线化、连续化、自动化监测。借助本研究工作 有望建立一种新的检测分析方法,用于大气环境中502、HZS等有害气体的检测。 关键词:燃料电池多孔气体扩散电极502 HZS大气环境监测


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