【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液流电池，具体而言，尤其涉及一种液流电池用表面微图案多孔膜的制备方法。
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，其主要依据于孔径筛分机制。但是目前的研究主
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种液流电池用表面微图案多孔膜的制备方法，通过在多孔膜表面构建微图案，对多孔膜横向表面结构进行调控，使多孔膜的表面积得到有效提升，进而增加了离子传输的通道。在此基础上，通过在水凝胶中引入不同的添加剂来控制其纵向孔径结构，使得所制备的表面微图案多孔膜更适用于液流电池体系。该制备方法所制备的表面微图案多孔膜，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，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供一种液流电池用表面微图案多孔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1、制备微图案硅片模具：在硅片模具上雕刻出三维立体均匀分布的微图案；
5、s2、制备微图案水凝胶模具：将水凝胶溶液倾倒在步骤s1制得的微图案硅片模具上，刮刀刮涂后，静置固化，得到水凝胶模具；
6、所述水凝胶溶液的制备方法为：将5wt.％琼脂糖和95wt.％水搅拌均匀后静置脱泡，得到水凝胶溶液；
7、s3、制备制膜溶液：将树脂溶解在溶剂中，搅拌，得到制膜溶液；
8、s4、制备多孔膜：将步骤s3得到的制膜溶液倾倒在步骤s2得到的水凝胶模具上，刮刀刮涂后静置完成相转化，得到表面微图案多孔膜。
9、基于上述方案，步骤s2中，所述水凝胶溶液中还包括添加剂，所述添加剂为氯化钠、氯化铜、氯化钾、氯化镁、氯化锌、氯化钙、氯化铁、聚乙烯醇、乙二醇、戊二醛、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜、氨水、异丙醇、聚乙二醇、丙三醇、海藻酸钠和乙二醇中的一种或两种；
10、刮刀间隙为1500μm。
11、基于上述方案，所述水凝胶溶液中，添加剂的浓度为1mol/l-5mol/l，优选为4mol/l。
12、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。
13、基于上述方案，所述微图案的凸起高度为5-50μm，优选为5μm。
14、基于上述方案，相邻微图案的间距为5μm-100μm。
15、基于上述方案，所述微图案的宽度为5μm-100μm，优选为5μm。
16、基于上述方案，步骤s3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；
17、所述制膜溶液中，树脂的质量分数为5wt.％-30wt.％，优选为20wt.％；
18、所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种，优选为二甲基乙酰胺。
19、基于上述方案，步骤s4中，刮刀间隙为80μm。
20、本专利技术另一方面提供一种上述的表面微图案多孔膜在液流电池中的应用。
21、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。
22、本专利技术的有益效果为：
23、本专利技术提出了一种液流电池用具有表面微图案结构多孔膜的制备方法，且可根据液流电池的需求，调节微图案的形状和尺寸，可适用范围广。
24、该制备方法通过改变水凝胶模具中添加剂可以调控多孔膜的纵向孔径结构，实现了对多孔膜横向结构和纵向结构的精确调控。
25、所制备的微图案多孔膜在保证高选择性的基础上，通过提高表面积来降低多孔膜的面电阻，同时图案模式下形成有序排列的离子传输通道，其进一步促进离子传输，使多孔膜的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。
26、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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1.一种液流电池用表面微图案多孔膜的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述水凝胶溶液中还包括添加剂，所述添加剂为氯化钠、氯化铜、氯化钾、氯化镁、氯化锌、氯化钙、氯化铁、聚乙烯醇、乙二醇、戊二醛、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜、氨水、异丙醇、聚乙二醇、丙三醇、海藻酸钠和乙二醇中的一种或两种；
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶溶液中，添加剂的浓度为1mol/L-5mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，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。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述微图案的凸起高度为5-50μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：相邻微图案的间距为5μm-100μm。
7.根据权利要求1所述的微图案，其特征在于：所述微图案的宽度为5μm-100μm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S4中，刮刀间隙为80μm。
10.一种权利要求1-9任一所述的表面微图案多孔膜在液流电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种液流电池用表面微图案多孔膜的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述水凝胶溶液中还包括添加剂，所述添加剂为氯化钠、氯化铜、氯化钾、氯化镁、氯化锌、氯化钙、氯化铁、聚乙烯醇、乙二醇、戊二醛、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜、氨水、异丙醇、聚乙二醇、丙三醇、海藻酸钠和乙二醇中的一种或两种；
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶溶液中，添加剂的浓度为1mol/l-5mol/l。
4.根据权利要求1所述的制备方法，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...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔琳，马相坤，刘淑敏，原浩涪，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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