一种柔性浓差电池及其制备方法技术

一种柔性浓差电池及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明专利技术通过浆液刮涂和电镀的方法，以柔性聚合物薄膜材料为基底，可用于导电电极(包括Ag/AgCl、Pt等)；随后，利用可弯折的储液层、柔性纳米通道膜以及电极进行器件组装，得到独立的具有柔性的浓差电池功率输出器件。件。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性浓差电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种柔性浓差电池的制备方法及其性能表征。该柔性浓差电池可作为独立的功率输出器件，而且在弯折后能较好的保持离子传输能力，属于功能材料


技术介绍

[0002]由于世界范围内对于能源需求的不断增长，水溶液体系中由于盐度分布不均而产生的盐差能作为一种清洁、可持续的能源受到了科学家们的广泛关注。盐差能是因存在跨膜浓度差产生的离子非对称扩散而形成扩散电流和膜电位差的能量转化形式。通常，电化学电池两侧分别填充不同浓度的盐溶液，利用离子交换膜实现离子的选择性透过，为了保持两侧储层溶液的电中性，电极表面会发生电化学氧化还原反应，电子会转移到外部电路。因此，盐度梯度中存在的部分吉布斯自由能可以通过离子选择膜系统获得。从盐差梯度中获取能量的技术称为反向电渗析，但是由于离子交换膜的制造成本高以及使用寿命短等问题限制了其应用。直到2010年，纳流体反向电渗析技术的提出极大促进了渗透能量的收集，基于纳米流体通道增强膜的离子选择性和高质量通量可以实现高的功率输出。目前，对于纳米通道膜的盐差能量转换大多是基于实验室中的双液电化学池装置，而非独立的浓差电池功率输出器件，且往往会限制柔性纳米通道膜的应用。因此，设计制备柔性浓差电池器件对生物传感、渗透能量转换等方面具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的内容在于提供一种工艺简单可大面积制备柔性浓差电池器件的方法。为实现上述目的，本专利技术通过浆液刮涂和电镀的方法，以柔性聚合物薄膜材料为基底，可用于导电电极(包括Ag/AgCl、Pt等)；随后，利用可弯折的储液层、柔性纳米通道膜以及电极进行器件组装，得到独立的具有柔性的浓差电池功率输出器件。
[0004]本专利技术提供了一种柔性浓差电池器件的制备方法，该方法的具体步骤包括：
[0005]第一步，以柔性导电聚合物薄膜材料为基底，在其上制备导电电极：利用刮涂法将导电浆液均匀涂覆在柔性导电聚合物薄膜材料基底上，然后边加热边喷涂一层导电纳米线；待喷涂完成后，放置在干燥箱中干燥；最后利用恒流稳压电源将干燥好的电极在HCl溶液中进行电镀即可；
[0006]第二步，制备二维柔性纳米通道隔膜：
[0007](1)在室温下，将一定质量的制膜样品溶于溶剂中，搅拌6～8h，形成均匀制膜溶液；
[0008](2)将上述制膜溶液，以有机系或水系多孔滤膜为基底进行真空抽滤制膜，然后待自然干燥或真空干燥后，即可得到二维柔性纳米通道隔膜；
[0009]第三步，柔性浓差电池器件组装：
[0010](1)柔性储液层制备：利用打孔器在板状柔性胶型样品中间制备出圆通孔用于储液，即可得到可弯折的柔性储液层；
[0011](2)在第二步得到的二维柔性纳米通道隔膜两侧各设一层柔性储液层进行组装，两柔性储液层分别填充不同浓度的盐溶液(KCl、NaCl、LiCl、MgCl2…
)，即二维柔性纳米通道隔膜一侧的柔性储液层的圆孔内填充相对较高浓度的盐溶液，二维柔性纳米通道隔膜另一侧的柔性储液层的圆孔内填充相对较低浓度的盐溶液，两侧的柔性储液层圆孔相对；然后分别利用第一步制备的导电电极对两两柔性储液层的圆孔进行封装引出作为导电电极，即可得到柔性浓差电池器件。
[0012]盐溶液的浓度差根据需要调整。
[0013]本专利技术的优点在于：
[0014]1、本专利技术提供了一种独立的浓差电池功率输出器件的制备方法，制备工艺简单，且可大面积制备。
[0015]2、本专利技术制备出柔性可弯折的浓差电池器件，可拓展具有柔性纳米通道隔膜的应用。
附图说明：
[0016]图1.本专利技术制备的银
‑
氯化银电极主视图
[0017]图2.本专利技术制备的基于柔性纳米通道隔膜的形貌表征图
[0018]图3.本专利技术制备的柔性浓差电池器件的主视图、俯视图以及弯折图
[0019]图4.本专利技术柔性浓差电池器件的离子电流测试装置示意图；
[0020]图5.本专利技术(对应实施例1)基于柔性浓差电池器件不同弯折次数下的电流
‑
电压曲线
[0021]图6.本专利技术(对应实施例1)基于柔性浓差电池器件在50倍(0.01M/0.5M KCl)浓差下的输出功率与电流密度关系图；
具体实施方式
[0022]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0023]实施例1
[0024]一种柔性浓差电池器件制备方法如下：
[0025]第一步，以柔性导电聚对苯二甲酸乙二醇酯
‑
氧化铟锡(PET
‑
ITO)薄膜为基底，在导电基底一侧制备银/氯化银(Ag/AgCl)电极：
[0026](1)制备银纳米线：
①
将0.98g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在125mL乙二醇中直到得到透明均匀溶液，然后加入1.1g硝酸盐至完全溶解；
②
取17g 600μmoL/L三氯化铁倒入溶液
①
中；
③
在110℃下静置加热12h，待冷却至室温后用丙酮和无水乙醇离心洗涤三次。
[0027](2)制备银电极：利用刮涂法将导电银浆涂覆在柔性导电PET
‑
ITO薄膜基底(3
×
3.5cm)导电一侧，然后边加热边喷涂一层银纳米线；待喷涂完成后，将基底放置在干燥箱中，70℃下干燥30min。最后利用恒电流稳压电源将干燥好的银电极在质量分数为1wt％的HCl溶液中进行电镀(电压为0V，电流为0.2mA，电镀时间为3min)，即可得到Ag/AgCl电极。
[0028]第二步，以MMT材料为基础，制备柔性二维纳米通道隔膜：
[0029](1)称取0.2g的MMT样品加入10mL的去离子水，搅拌6h，使其分散均匀；
[0030](2)称取1g的PVA样品加入到100ml去离子水中，90℃加热搅拌1h，得到质量分数为
1wt％的PVA溶液。
[0031](3)取1～4mL质量分数为1wt％的PVA溶液加入到分散均匀的MMT溶液中，搅拌6h；
[0032](4)取3ml的PVA/MMT混合溶液，以水系多孔滤膜为基底进行真空抽滤，然后待自然干燥后，即得到柔性MMT纳米通道隔膜。
[0033]第三步，柔性浓差电池器件组装：
[0034](1)储液层制备：将1mm厚的3M胶裁剪成3
×
3cm(9
‑
12cm2)尺寸大小的样品，然后利用打孔器在样品中间制造具有4mm直径的圆孔，即可得到可弯折的柔性储液层。
[0035](2)利用胶型储液层对柔性二维纳米通道隔膜进行组装，其一侧填充0.01M KCl溶液，另一侧填充0.5M KCl溶液，然后利用Ag
‑
AgCl电极进行封装，即可得到柔性浓差电池器件。
[0036]实施例2
[0037]第一步，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性浓差电池器件的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：第一步，以柔性导电聚合物薄膜材料为基底，在其上制备导电电极：利用刮涂法将导电浆液均匀涂覆在柔性导电聚合物薄膜材料基底上，然后边加热边喷涂一层导电纳米线；待喷涂完成后，放置在干燥箱中干燥；最后利用恒流稳压电源将干燥好的电极在HCl溶液中进行电镀即可；第二步，制备二维柔性纳米通道隔膜：(1)在室温下，将一定质量的制膜样品溶于溶剂中，搅拌6～8h，形成均匀制膜溶液；(2)将上述制膜溶液，以有机系或水系多孔滤膜为基底进行真空抽滤制膜，然后待自然干燥或真空干燥后，即可得到二维柔性纳米通道隔膜；第三步，柔性浓差电池器件组装：(1)柔性储液层制备：利用打孔器在板状柔性胶型样品中间制备出圆通孔用于储液，即可得到可弯折的柔性储液层；(2)在第二步得到的二维柔性纳米通道隔膜两侧各...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩倩，唐家东，夏頔，秦汝楠，黎琪，袁有，刘晶冰，汪浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：