本发明专利技术公开了一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极及方法，属于液流电池领域。本发明专利技术基于非溶剂诱导相分离技术及红外激光穿孔技术，配合交叉型流道的典型对称结构，提出了一种新型多尺度电极结构。多尺度结构主要由约1μm、10μm及100μm三种大小的孔隙组成，中1μm及10μm两种小尺度孔隙由非溶剂诱导相分离技术制备的聚合物基体孔隙构成，100μm大尺度孔隙由红外激光穿孔形成。本发明专利技术能够实现多孔电极多尺度孔隙结构的工程调控，从而实现液流电池多孔电极比表面积与水力渗透率间矛盾的解耦，最终实现高比表面积、高水力渗透率的多尺度电极制备，有效提升多孔电极的极限电流密度等电化学性能，且该方法成本较低，具有很好的工业化前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液流电池领域，涉及一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极及方法。
技术介绍
1、由于太阳能、风能等可再生能源发电具有显著的不连续、不稳定、不可控的非稳态性，使得可再生能源的发电在电网接入、消纳上面临巨大挑战。大规模储能技术的“能量时空转移”效应可以有效调节电力系统的供需平衡，支撑源网荷侧深度变革，实现电力的平滑输出并有效调节发电与用电的时差矛盾，从而解决可再生能源大规模并网应用的瓶颈。在各种类型的储能技术中，氧化还原液流电池(rfb)具有安全性高、功率容量配置灵活、全生命周期成本低等优势，在大规模储能领域的竞争力不断提升。
2、多孔电极作为rfb的核心部件之一，与系统运行的能量效率直接相关。近年来，相关研究发现，市售电极材料如碳纸、碳毡、石墨毡和碳布等的微观孔隙结构呈现非均匀性，引起孔隙尺度下电解液速度和反应物浓度分布显著不均。多孔电极孔隙中电解液的流动存在流动偏好路径(孔内流线密集)和流动“死区”，导致某些孔隙中局部反应物匮乏和当地过电势升高，进而引发局部析氢析氧副反应的发生。
3、此外，多孔电极比表面积和水力渗透率之间的矛盾始终没有得到完全的解决。这是由于碳纤维多孔电极增加比表面积的直接方法是直径更小的碳纤维以形成更小的孔隙结构，但这种方法伴随着水力渗透率的降低，导致浓度极化的加剧和泵损的增加。目前已有部分研究人员提出了双尺度多孔电极，结合两种不同尺度大小的孔隙，以实现增加比表面积和水力渗透率的同步提升。例如改变碳布的编织方式，使用koh活化碳纸纤维，梯度孔隙率电极等。
>4、然而现有的电极制备方法中，孔隙结构的工程调控十分受限。特别是受限于加工精度，小孔的大小和比例调控尤为困难，且成本较高，但小孔与多孔电极的比表面积直接相关，因此上述方法难以应用于大规模储能。亟需一种成本较低，且能实现多孔电极多尺度孔隙结构工程调控的电极制备方法。
技术实现思路
1、针对以上提出的现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极及方法。其制备方法能够实现多孔电极多尺度孔隙结构的工程调控，从而实现液流电池多孔电极比表面积与水力渗透率间矛盾的解耦，最终实现高比表面积、高水力渗透率的多尺度电极制备，有效提升多孔电极的极限电流密度等电化学性能，且该方法成本较低，具有很好的工业化前景。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，具体如下：
4、s1、向聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的混合粉末中加入二甲基甲酰胺溶剂，在油浴中加热搅拌均匀，获得清晰的淡黄色粘稠溶液；
5、s2、将所得淡黄色粘稠溶液均匀地倒入模具中，将含溶液的模具首先进行预处理，随后浸入恒温水浴中进行相分离，获得用于制备多孔电极的小尺度孔隙聚合物基体；
6、s3、将所得聚合物基体擦干并夹持在两块氧化铝陶瓷片之间，将完全干燥后的聚合物基体及其两侧夹持的两块氧化铝陶瓷片一同放入马弗炉中进行预碳化，随后一同转入管式炉中，在氮气环境下进行碳化处理；
7、s4、基于孔隙尺度模型模拟结果，通过红外激光对步骤s3所得产物进行穿孔，实现多尺度电极中大尺度孔隙的加工，从而完成多尺度电极的制备。
8、作为优选，所述步骤s1中，油浴温度为70℃。
9、作为优选，所述步骤s2中，预处理是指将含溶液的模具浸入二甲基甲酰胺溶液中5s或暴露在空气中10-20分钟。
10、作为优选，所述步骤s2中，恒温水浴温度为5-40℃，相分离时间为24小时。
11、作为优选，所述步骤s3中，干燥温度为80℃。
12、作为优选，所述步骤s3中，预碳化处理是指，在270℃的空气中预碳化1小时，升温速率为2℃/min。
13、作为优选，所述步骤s3中，碳化处理是指，从室温升温到850℃并保持40分钟，随后升温至1050℃并保持40分钟，升温速率均为5℃/min，最后冷却至室温。
14、第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述制备方法得到的基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极。
15、本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
16、1.相比于以往的电极制备方法，本专利技术通过非溶剂诱导相分离制备电极基体，能够同时实现两种尺寸(约1μm及10μm)的小孔的工程调控，且成本较低。
17、2.本专利技术通过孔隙尺度模型模拟及红外激光穿孔定向设计大尺度孔隙，从而实现多孔电极比表面积和水力渗透率的解耦，有效避免反应面积的损失。
18、3.本专利技术所描述的多尺度电极相较以往的方法更为灵活，不仅能够配合不同流道结构进行多尺度孔隙结构的调控，也能便利地推广至各类液流电池体系中，且能够实现大尺寸电极的制备。
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【技术保护点】
1.一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，油浴温度为70℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，预处理是指将含溶液的模具浸入二甲基甲酰胺溶液中5s或暴露在空气中10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，恒温水浴温度为5-40℃，相分离时间为24小时。
5.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，干燥温度为80℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，预碳化处理是指，在270℃的空气中预碳化1小时，升温速率为2℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，碳化处理是指，从室温升温到850℃并保持40分钟，随后升温至1050℃并保持40分钟，升温速率均为5℃/min，最后冷却至室温。
8.一种利用权利要求1～7任一所述制备方法得到的基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极。
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【技术特征摘要】
1.一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，油浴温度为70℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，预处理是指将含溶液的模具浸入二甲基甲酰胺溶液中5s或暴露在空气中10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种基于非溶剂诱导相分离的液流电池多尺度电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，恒温水浴温度为5-40℃，相分离时间为24小时。
5.根据权利要求1所述的一种基于非...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕文睿，郑梦莲，罗岩松，王鹏飞，宋晨，孙婧，彭涛，张若爽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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