阅读说明：本技术 一种可修复的流体不极化电极及其制备方法 (Repairable fluid non-polarized electrode and preparation method thereof ) 是由 石玉春 徐新学 马为 王身龙 雷清 刘桂梅 杨学明 刘正 曹朋军 范剑 李世斌 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可修复的流体不极化电极的制备方法,步骤如下：将氯化铅、氯化钠和高岭土按照一定重量比例混合后加入适量水,并调pH值为4～5,制得盐流体；制作由有机玻璃筒体和顶盖以及陶土渗透底板制成封闭的电极壳体；将盐流体倒入电极壳体内并置入一根弯折呈螺旋状的铅丝,铅丝顶端自电极壳体顶盖上的中心通孔伸出并连接有电极线；该可修复的流体不极化电极的制备方法操作简单,成本低,且采用该方法制备的可修复的流体不极化电极具有内阻小、极差稳定、可修复、对环境温度适应性强及反复循环利用的优势,且经济环保,适合物探常规电法、电磁法等野外施工使用。(The invention discloses a preparation method of a repairable fluid non-polarized electrode, which comprises the following steps: mixing lead chloride, sodium chloride and kaolin according to a certain weight ratio, adding a proper amount of water, and adjusting the pH value to 4-5 to prepare a salt fluid; manufacturing a closed electrode shell by an organic glass cylinder, a top cover and a pottery clay permeation bottom plate; pouring a salt fluid into the electrode shell and placing a lead wire bent in a spiral shape, wherein the top end of the lead wire extends out of a central through hole in a top cover of the electrode shell and is connected with an electrode wire; the preparation method of the repairable fluid non-polarized electrode is simple to operate and low in cost, and the repairable fluid non-polarized electrode prepared by the method has the advantages of small internal resistance, stable range, repairable, strong adaptability to environmental temperature and repeated cyclic utilization, is economical and environment-friendly, and is suitable for field construction such as a geophysical prospecting conventional electrical method and an electromagnetic method.)

一种可修复的流体不极化电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种可修复的流体不极化电极及其制备方法。

背景技术

不极化电极是常规电法、电磁法勘探采集系统的重要组成部分，在物探领域广泛使用。目前，国内不极化电极普遍存在：1)使用寿命周期短，一般仅3～5个月；2)随着使用时间的延长出现性能不稳定的现象，严重影响数据质量；3)电极为一次性消耗，损耗大，维护困难，造成很大浪费；4)废弃不极化电极含有铅等重金属元素，需做专业无害化处理，否则处理不当会造成环境污染，增加处理成本。因此急需研发一种能够克服上述缺陷的不极化电极。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服现有不极化电极缺陷的可修复的流体不极化电极的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种采用上述可修复的流体不极化电极的制备方法制备得到的可修复的流体不极化电极。

为此，本发明技术方案如下：

一种可修复的流体不极化电极的制备方法，步骤如下：

S1、制备盐流体：将氯化铅、氯化钠和粒径为300～500目高岭土按照(0.05～0.1):(1～1.5):1的重量比进行混合，并加入0.3～0.5倍于氯化铅、氯化钠和高岭土的总重量的去离子水，搅拌均匀后，加入稀盐酸调pH值为4～5；

S2、制作电极壳体：其包括采用有机玻璃制作的两端开口的圆柱形筒体、采用有机玻璃制作的顶盖、以及采用陶土烧制而成的渗水率为1～2％的陶土渗透底板；其中，顶盖可拆卸固定在筒体的顶端开口处，陶土渗透底板固定在筒体的底端开口处，使电极壳体能够形成一个封闭壳体；

S3、将步骤S1制备的盐流体倒入电极壳体内，并在电极壳体中部设置一根弯折呈螺旋状的铅丝；其中，铅丝底端不与陶土渗透底板接触、顶端自电极壳体顶盖上的中心通孔伸出，且铅丝的螺旋状部分完全浸在盐流体内；

S4、对电极壳体的筒体分别与顶盖和陶土渗透底板连接处进行密封处理，并在铅丝顶端连接电极线。

在上述可修复的流体不极化电极的制备过程中：

1)该电极使用的盐流体采用氯化铅、氯化钠、高岭土与水的混合液，其中，PbCl₂和NaCl在去离子水中的加入量为过饱和状态，且通过按照特定比例加入，使混合液中的Pb²⁺、Cl^-、Na⁺离子长期处于稳定饱和状态，与铅丝充分接触，使Pb²⁺离子的沉降速度和迁移速度达到动态平衡，由此产生的极化电位将保持(或接近)恒定标准电位。从而使每两个电极之间的极化电位差可以达到或接近于零，实现提高电极性能的目的；另外，将盐流体的pH值维持在4～5之间，该pH范围能够使金属离子保持其活性；

2)由于该电极在使用过程中，发生损耗的仅为溶剂水，因此该电极采用有机玻璃作为电极壳体的筒体和顶盖，且顶盖螺纹连接在筒体上，使材料保证坚固耐用的同时，还可随时观察电极内部流体干湿度，以确定是否需要及时补充水分，即通过向电机壳体内补充去离子水就可以对电极进行修复，使该电极的极差、内阻恢复初始状态，；

3)该电极采用具有1～2％渗透率的陶土渗透板作为电极壳体底板，使其电阻小于30Ω，保证电极具有良好导电性；同时又保证了电极中水分、盐离子不会过快损耗，且该材料坚固耐用，不易受损；

4)该电极的壳体采用有机玻璃和陶土渗透板，内部采用铅丝、及氯化铅、氯化钠、高岭土与水的混合行程的盐流体，这些材料均为可以重复利用的材料，既环保，相对于现有的不极化电极可节约70％以上的不极化电极使用成本。

优选，在步骤S1中，氯化铅、氯化钠和高岭土的重量比为0.05:1.5:1，去离子水的加入量为氯化铅、氯化钠和高岭土的总重量的0.4倍；高岭土的粒径为500目。

优选，在步骤S2中，陶土渗透底板的渗水率为2％。该渗水率虽然相较于渗水率为1％的陶土渗透底板的水流失速度较快，但其导电性能最佳，是基于水流失速度和导电性能双重考虑的最佳选择。

优选，在步骤S3中，螺旋状铅丝采用直径为3～10mm的铅丝弯折而成。更优选地，螺旋状铅丝采用直径为5mm的铅丝弯折而成。

优选，在步骤S4中，在铅丝顶端连接有电极线，电极线采用外层包覆有绝缘层的截面积2.5～4mm²的单芯多股软铜线。

优选，所述电极壳体外径为50～80mm、内径为40～70mm、高度为60～100mm。该可修复的流体不极化电极将铅丝与相应盐流体相匹配，使其采用小尺寸规格的电极壳体即可实现使用，小巧便携。

优选，在步骤S3中，盐流体在电极壳体内的加入量为其内腔容积的80％～90％。

一种可修复的流体不极化电极，其通过上述可修复的流体不极化电极的制备方法制备得到。

与现有技术相比，该可修复的流体不极化电极的制备方法操作简单，成本低，且采用该方法制备的可修复的流体不极化电极具有内阻小、极差稳定、可修复、对环境温度适应性强及反复循环利用的优势，且经济环保，适合物探常规电法、电磁法等野外施工使用。

附图说明

图1为本发明的可修复的流体不极化电极的制备流程图；

图2为本发明的可修复的流体不极化电极的结构示意图；

图3为本发明的实施例1、实施例2、实施例3的可修复的流体不极化电极的典型极差和极差漂移的测试结果曲线图；

图4为本发明的实施例1、实施例2、实施例3的可修复的流体不极化电极的典型内阻和内阻漂移的测试结果曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1

一种如图1所示的可修复的流体不极化电极，其采用如下步骤制备而成：

1)制备盐流体1：称取500目高岭土300g、450g氯化钠和15g氯化铅，混合均匀后，加入300g去离子水，搅拌均匀后，加入37.5wt.％稀盐酸调pH值为4.5；

2)制作两个相同的电极壳2，包括采用有机玻璃制作的两端开口的圆柱形筒体201和顶盖202，以及采用陶土烧制而成的渗透率为2％的陶土渗透底板203；其中，顶盖202螺纹连接在筒体201顶端开口处，陶土渗透底板203通过防水胶固定在筒体201底端开口处，使电极壳体2形成一个封闭壳体；两个电极壳体2的尺寸具体为：内径为70mm、外径为80mm、高度为60mm的圆柱形中空壳体；

3)将步骤S1制备的盐流体1平均倒入两个电极壳体2内，使电极壳体内腔容积的80％～90％充满盐流体；然后，在每个电极壳体2中部置入一根弯折呈螺旋状的铅丝3，铅丝3采用直径为5mm的铅丝弯折形成，其不与电极壳体2相接触、顶端自电极壳体顶盖上的中心通孔伸出，并在铅丝顶端连接有电极线4，电极线4采用外层包覆有绝缘层的国标2.5mm²的单芯多股软铜线，二者连接处设有保护套；

4)对电极壳体2的筒体201分别与顶盖202和陶土渗透底板203的连接处采用防水胶进行密封处理，制作完成一对流体不极化电极。

实施例2

一种如图1所示的可修复的流体不极化电极，其采用如下步骤制备而成：

1)制备盐流体1：称取300目高岭土350g、400g氯化钠和35g氯化铅，混合均匀后，加入350g去离子水，搅拌均匀后，加入37.5wt.％稀盐酸调pH值为5；

2)制作两个相同的电极壳体2，包括采用有机玻璃制作的两端开口的圆柱形筒体201和顶盖202，以及采用陶土烧制而成的渗透率为1％的陶土渗透底板203；其中，顶盖202螺纹连接在筒体201顶端开口处，陶土渗透底板203通过防水胶固定在筒体201底端开口处，使电极壳体2形成一个封闭壳体；两个电极壳体2的尺寸具体为：内径为70mm、外径为80mm、高度为60mm的圆柱形中空壳体；

3)将步骤S1制备的盐流体平均倒入2个电极壳体2内，使电极壳体内腔容积的80％～90％充满盐流体；然后，在每个电极壳体2中部置入一根弯折呈螺旋状的铅丝3，铅丝3采用直径为3mm的铅丝弯折形成，其不与电极壳体2相接触、顶端自电极壳体顶盖上的中心通孔伸出，并在铅丝3顶端连接有电极线4，电极线4采用外层包覆有绝缘层的国标2.5mm²的单芯多股软铜线，二者连接处设有保护套；

4)对电极壳体的筒体分别与顶盖和陶土渗透底板连接处采用防水胶进行密封处理，制作完成一对流体不极化电极。

实施例3

一种如图1所示的可修复的流体不极化电极，其采用如下步骤制备而成：

S1、制备盐流体1：称取400目高岭土400g、400g氯化钠和20g氯化铅，混合均匀后，加入350g去离子水，搅拌均匀后，加入稀盐酸调pH值为4.1；

2)制作两个相同的电极壳体2，包括采用有机玻璃制作的两端开口的圆柱形筒体201和顶盖202，以及采用陶土烧制而成的渗透率为2％的陶土渗透底板203；其中，顶盖202螺纹连接在筒体201顶端开口处，陶土渗透底板203通过防水胶固定在筒体底端开口处，使电极壳体形成一个封闭壳体；两个电极壳体的尺寸具体为：内径为70mm、外径为80mm、高度为60mm的圆柱形中空壳体；

3)将步骤S1制备的盐流体平均倒入2个电极壳体内，使电极壳体内腔容积的80％～90％充满盐流体；然后，在每个电极壳体中部置入一根弯折呈螺旋状的铅丝3，铅丝3采用直径为10mm的铅丝弯折形成，其不与电极壳体2相接触、顶端自电极壳体2顶盖上的中心通孔伸出，并在铅丝3顶端连接有电极线4，电极线4采用外层包覆有绝缘层的国标4mm²的单芯多股软铜线，二者连接处设有保护套；

4)对电极壳体2的筒体201分别与顶盖202和陶土渗透底板203连接处采用防水胶进行密封处理，制作完成一对流体不极化电极。

性能测试：

(一)流体不极化电极的典型极差和极差漂移测试：

实验方法：将经过实施例1～3制备的3对流体不极化电极分别置入水槽中，并于水槽中倒入饱和氯化钠盐水，使盐水淹没流体不极化电极底部2cm。采用直流电压表每天分别测量每对流体不极化电极之间的极差，并连续测量3个月。

如图3所示为实施例1～3制得的每对流体不极化电极的典型极差测试结果图。具体测试结果如表1所示。

表1：

实施例	极差(微伏)	极差漂移(微伏/天)
			实施例1	0～30	10
实施例2	0～55	22
			实施例3	0～100	35

结合图3和表1，实施例1电极的典型极差0-30微伏，极差漂移为10微伏/天；实施例2电极的典型极差0-55微伏，极差漂移为22微伏/天；实施例3电极的典型极差0-100微伏，极差漂移为35微伏/天；经90天观测，3对电极的性能几乎没有变化，表明本发明所制备的不极化电极具有较好的稳定性。其中，实施例1制备的不极化电池具有更小的极差和更低的极差漂移，是本申请的最佳实施例。

(二)典型内阻和内阻漂移测试

实验方法：将经过实施例1～3制备的三对流体不极化电极分别置入水槽，水槽中倒入饱和氯化钠盐水，使盐水淹没流体不极化电极底部2cm。采用欧姆表每天分别测量每对流体不极化电极的内阻，并连续测量3个月。

如图4所示为实施例1制得的流体不极化电极的典型内阻的测试结果图。测试结果如表2所示。

表2：

实施例	内阻(欧姆)	内阻漂移(欧姆/天)
			实施例1	22～26	2
实施例2	20～27	2.2
			实施例3	22～29	2.5

结合图4和表2，实施例1电极的典型内阻22-26Ω，内阻漂移小于2Ω/天；实施例2电极的典型内阻20-27Ω，内阻漂移小于2.2Ω/天；实施例3电极的典型内阻22-29Ω，内阻漂移小于2.5Ω/天；可见实施例1-3所制备的电极具有较好的低内阻特性。其中，实施例1制备的不极化电池满足小内阻要求，且极差漂移幅度最小，是本申请的最佳实施例。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。