【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液流电池，具体而言，尤其涉及一种微图案多孔膜在液流电池上的应用。
技术介绍
1、随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能、太阳能等可再生能源具有不连续性和不稳定性，使得他们产生的电能直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(容量、功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最具前景的技术之一。
2、作为液流电池的关键材料之一，离子传导膜在液流电池中的作用一是隔离正负极电解液，防止正负极电解液的交叉互混造成电池的容量衰减；另一方面，离子传导膜起着传导电荷平衡离子以构成电池内部电回路的作用。膜的面电阻、离子传导率、亲水性直接影响着液流电池的电压效率和能量效率，所以开发低面电阻、高传导率的膜应用于液流电池迫在眉睫。
3、目前液流电池用离子传导膜最广泛的是商业化全氟磺酸离子交换膜(nafion)，但nafion膜的生产工艺较为复杂且价格昂贵，限制了其进一步发展。为了降低成本，非氟离子交换膜得到了广泛研究。但其含有离子交换基团，会导致其在液流电池强酸性、强氧化性的环境中稳定性不足，容易降解，进而会影响电池的性能和循环寿命。为了从根本上解决离子交换膜稳定性差的问题，不含离子交换基团的多孔膜被提出并得到进一步研究和发展。
4、多孔膜的性能由其结构决定，主要依据于孔径筛分机理。但是目前的研究主
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种微图案多孔膜在液流电池上的应用，通过复刻聚二甲基硅氧烷模具来完成对膜表面微图案的调控，实现对多孔膜横向结构上的精准优化。微图案结构的引入使其表面积增加，进而增加离子传输通道。同时，蒸汽相转化法制备多孔膜，通过调控相转化的温度、湿度和时间实现对多孔膜纵向结构上的优化，使其更适用于液流电池体系。本专利技术的微图案多孔膜，在保证膜高选择性、高稳定性的基础上，有效降低多孔膜的面电阻，提升多孔膜的传导率，对促进液流电池在规模化储能领域的发展具有重要意义。
2、为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：
3、一种微图案多孔膜在液流电池中的应用，所述微图案多孔膜的制备方法包括以下步骤：
4、s1、制备微图案硅片模具：在硅片模具上雕刻出均匀分布的三维立体微图案；
5、s2、制备聚二甲基硅氧烷混合溶液：将聚二甲基硅氧烷溶液的a胶和b胶按质量比为10:1混合均匀后置于真空中静置除泡；
6、s3、将步骤s2得到的聚二甲基硅氧烷混合溶液倾倒在步骤s1所制备的微图案硅片模具上，刮刀刮涂，固化，得到聚二甲基硅氧烷模具；
7、s4、将树脂溶解在溶剂中得到制膜溶液；
8、s5、将步骤s4所制备的制膜溶液倾倒在步骤s3所制备的聚二甲基硅氧烷模具上，采用刮刀刮涂，放于蒸汽环境中进行相转化，得到所述的微图案多孔膜。
9、基于上述方案，所述微图案的正投影形状为矩形、三角形、圆形、环形、椭圆形、正方形、五边形、菱形中的一种，优选为矩形。
10、基于上述方案，所述微图案的凸起高度为5μm-50μm，优选为5μm。
11、基于上述方案，所述微图案的间距为5μm-100μm。
12、基于上述方案，所述微图案的宽度为5μm-100μm，优选为5μm。
13、基于上述方案，步骤s3中，所述聚二甲基硅氧烷模具的厚度为500μm-1500μm。
14、基于上述方案，步骤s4中，所述树脂为聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种或两种，优选为聚苯并咪唑和磺化聚醚醚酮；
15、所述制膜溶液中，树脂的质量分数为5wt.％-30wt.％，优选为20wt.％；
16、所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种，优选为二甲基乙酰胺。
17、基于上述方案，步骤s5中，刮刀间隙为80μm。
18、基于上述方案，步骤s5中，相转化的温度为30℃-90℃；相转化的湿度为40％rh-100％rh，优选为95％rh；相转化的时间为10min-60min，优选为15min。
19、基于上述方案，所述液流电池包括全钒液流电池、铁/铬液流电池、铁/钛液流电池、锌/锰液流电池或锌/铁液流电池，但也并不局限于这几种液流电池。
20、本专利技术的有益效果为：
21、(1)本专利技术基于“模板复刻法”+“蒸汽相转化法”完成表面微图案多孔膜的制备，实现了离子传导膜横向和纵向结构的调控，通过设计不同尺寸结构的模具来调控横向结构，通过改变相转化的温度和湿度等参数来调控纵向结构，并探究了两种方法相互之间的影响。模板的厚度会影响蒸汽相转化过程，影响传导膜的纵向结构，合理调控两种方法的实验参数，可设计制备适用于不同液流电池体系的多孔离子传导膜。
22、(2)本专利技术的微图案多孔膜与现有液流电池用多孔膜的制备技术相比，增加了横向结构的调控。在保证高选择性的基础上，通过提高表面积来增加离子传输通道、增加水通量、改善亲水性。同时多孔膜表面的微图案可以改变其表面的流场和离子分布，利于离子传导。与现有技术制备的多孔膜相比，面电阻降低、离子传导性得到有效提高。其组装的液流电池在高的电流密度下，具有优异的能量效率。
23、(3)本专利技术可根据不同液流电池的需求，调节微图案的形状和尺寸，可试用范围广。
24、(4)本专利技术制备方案简单，操作容易，形态可控，成本低廉。
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1.一种微图案多孔膜在液流电池中的应用，其特征在于，所述微图案多孔膜的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的正投影形状为矩形、三角形、圆形、环形、椭圆形、正方形、五边形、菱形中的一种。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的凸起高度为5μm-50μm。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的间距为5μm-100μm。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的宽度为5μm-100μm。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：步骤S3中，所述聚二甲基硅氧烷模具的厚度为500μm-1500μm。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：步骤S4中，所述树脂为聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种或两种；
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：步骤S5中，相转化的温度为30℃-90℃，湿度为40％RH-100％RH，时间为10min-60min。
9.根据权利要求1所述的应用
...【技术特征摘要】
1.一种微图案多孔膜在液流电池中的应用，其特征在于，所述微图案多孔膜的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的正投影形状为矩形、三角形、圆形、环形、椭圆形、正方形、五边形、菱形中的一种。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的凸起高度为5μm-50μm。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的间距为5μm-100μm。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述微图案的宽度为5μm-100μm。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔琳，马相坤，刘淑敏，钟彩赫，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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