【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池及其制备方法，属于微流控结构电池。
技术介绍
1、纸基电池是一种利用纸作为载体并填充电解质的电池，具有低成本、轻便、易于处理和生物降解等优点，适用于传感器、可穿戴设备、即时检测和诊断等领域；目前市面上提供的纸基电池主要有纸基锌-空气电池、纸基锂-空气电池、纸基酶电池等，然而传统的纸基电池在电解质消耗后，无法实现再充电，导致容量较低，续航时间短，且电池内部电解质液的流动性差，存在电池的稳定性低、电池的使用寿命短、电池的能量密度和功率密度低等缺陷。
2、为了解决这些问题，目前尝试将微流控技术引入纸基电池的制作中，即可以采用微流控通道结构来控制电解质液的输送和分配，提高电池的均匀性和效率；微流控技术是一种利用微米或纳米尺度的流体通道来实现对流体的精确操控和操作的技术，具有低耗样量、高灵敏度、高集成度、高可重复性等特点，已广泛应用于化学、生物、医学等领域。
3、但是将微流控技术应用于纸基电池仍然存在较多技术上的障碍，目前采用的光刻法、石蜡打印法、激光切割法等方法在纸基电池上制作微流控通道，并通过纸层叠法、纸折叠法、纸卷曲法等方法在纸上形成三维微流控结构，然而这些方法都存在一些缺陷，如制作过程复杂、成本高、分辨率低、重现性差等。
技术实现思路
1、本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池及其制备方法的改进。
2、为了解决上述技术问题，
3、所述纸基电解质微流控骨架中还充填有电解质液，所述电解质液具体通过注射泵从电极的位置注入；
4、在电池壳体上还设置有用于控制电极移动的切换开关，所述切换开关与纸基电解质微流控骨架表面的导电材料相连。
5、在中层与下层的纸基电解质微流控骨架中还设置有用于吸附和传递电解质液中离子的增强介质。
6、所述微流控通道具体为由多个分支点连接的树状通道，在每个分支点均设置有调节阀门，用于控制电解质液的流量和方向。
7、在各纸基电解质微流控骨架的四周还设置有对接机构，所述对接机构具体为纸基电解质微流控骨架端部设置的榫卯结构，能够将相邻层的纸基电解质微流控骨架连接固定。
8、所述电极的正极具体由杂环聚合物如聚苯胺、聚砒咯、聚噻与锰酸锂的混合材料制备；
9、所述电极的负极具体由石墨、导电剂、增稠剂、粘结剂的混合材料制备。
10、所述电解质液具体为聚合物凝胶态电解质，所述聚合物凝胶态电解质具体采用聚环氧乙烷为聚合物基体，与锰酸锂混合形成的材料制备。
11、所述切换开关具体为由电磁铁和弹簧组成的电磁式开关。
12、所述导电材料具体为黏度可调的银浆或石墨浆。
13、一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池制备方法，包括如下的制备步骤：
14、步骤s1、将聚合纤维纸或聚酯膜切割成10cm×10cm的方形，共需要9张，依序编号为1-9；
15、步骤s2、将编号为1、4、7的纸张放入lom 3d打印机中，利用激光切割出枝网络型的微流控通道；
16、步骤s3、将编号为2、5、8的纸张放入lom 3d打印机中，利用激光切割出圆形的孔洞，孔洞的位置与编号为1、4、7的纸张上的分支点相对应，用于连接上下层的微流控通道；
17、步骤s4、将编号为3、6、9的纸张放入lom 3d打印机中，利用激光切割出圆形的孔洞，孔洞的位置与编号为2、5、8的纸张上的孔洞相对应，用于连接上下层的微流控通道；
18、步骤s5、将编号为1、2、3的纸张按顺序叠放在一起，利用lom 3d打印机将其粘合成一个整体，形成上层的纸基电解质微流控骨架；
19、步骤s6、将编号为4、5、6的纸张按顺序叠放在一起，利用lom 3d打印机将其粘合成一个整体，形成中层的纸基电解质微流控骨架；
20、步骤s7、将编号为7、8、9的纸张按顺序叠放在一起，利用lom 3d打印机将其粘合成一个整体，形成下层的纸基电解质微流控骨架；
21、步骤s8、对上层、中层、下层的纸基电解质微流控骨架的上表面和下表面分别涂覆一层导电材料，形成正极端和负极端；
22、步骤s9、制备电解质液：将聚环氧乙烷、锰酸锂、水、交联剂按照重先轻后定量多次循环混合，而后每次质量比混合根据纸张浸润强度进行线性调整，并加入水和交联剂搅拌均匀，形成均匀的溶液，然后将溶液放入真空干燥箱中，经过干燥、凝胶化和固化，得到聚合物凝胶电解质；
23、步骤s10、组装电池：将上层、中层、下层的纸基电解质微流控骨架叠放连接在一起，形成一个整体，然后将正极材料和负极材料分别与纸基电解质微流控骨架的两端表面接触，形成一个电池单元，重复该步骤，共制作三个电池单元，然后将三个电池单元叠放在一起，形成一个电池组；
24、步骤s11、将切换开关设置在电池组的一侧，与所述导电材料相连，用于控制正负极材料的移动。
25、本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术通过使用lom 3d打印技术制作纸基电解质微流控骨架和电极，该打印方法采用激光切割和粘合的方式将纸基材料和电极材料层叠成所需的形状和尺寸，同时在纸基材料中切割出微流控通道，具有制作过程简单、成本低、分辨率高、重现性好等优点，能够实现纸基电池的高效制作和定制化设计；打印出的纸基电解质微流控骨架能够实现电解质液的层间流动和多次利用，能够延长电池的使用寿命，当上层的电解质液与正负极发生氧化还原反应后，产生的电子通过导电材料流向外部电路，产生电流，同时电解质液中的离子通过纸基电解质微流控骨架的微流控通道，由上而下，依次进入中层和下层的单元电池，与相应的正负极发生进一步的氧化还原反应，从而实现电解质液的层间流动，延长电池的使用时间。
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1.一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，包括采用LOM工艺3D打印的三层纸基电解质微流控骨架（001），将各纸基电解质微流控骨架（001）叠放形成的上中下结构封装在电池壳体（002）中，其特征在于：在纸基电解质微流控骨架（001）内部通过LOM工艺3D打印有微流控通道（003），在纸基电解质微流控骨架（001）的上表面和下表面分别覆盖有一层导电材料，在纸基电解质微流控骨架（001）的两端设置有电极（004），所述电极（004）通过导线与外部电路相连；
2.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：在中层与下层的纸基电解质微流控骨架（001）中还设置有用于吸附和传递电解质液中离子的增强介质（007）。
3.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：所述微流控通道（003）具体为由多个分支点连接的树状通道，在每个分支点均设置有调节阀门，用于控制电解质液（005）的流量和方向。
4.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：在各纸基电解质微流
5.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：所述电极（004）的正极具体由杂环聚合物如聚苯胺、聚砒咯、聚噻与锰酸锂的混合材料制备；
6.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：所述电解质液（005）具体为聚合物凝胶态电解质，所述聚合物凝胶态电解质具体采用聚环氧乙烷为聚合物基体，与锰酸锂混合形成的材料制备。
7.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：所述切换开关（006）具体为由电磁铁和弹簧组成的电磁式开关。
8.根据权利要求1所述的一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池，其特征在于：所述导电材料具体为黏度可调的银浆或石墨浆。
9.一种基于LOM工艺3D打印的微流控结构电池制备方法，其特征在于：包括如下的制备步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池，包括采用lom工艺3d打印的三层纸基电解质微流控骨架（001），将各纸基电解质微流控骨架（001）叠放形成的上中下结构封装在电池壳体（002）中，其特征在于：在纸基电解质微流控骨架（001）内部通过lom工艺3d打印有微流控通道（003），在纸基电解质微流控骨架（001）的上表面和下表面分别覆盖有一层导电材料，在纸基电解质微流控骨架（001）的两端设置有电极（004），所述电极（004）通过导线与外部电路相连；
2.根据权利要求1所述的一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池，其特征在于：在中层与下层的纸基电解质微流控骨架（001）中还设置有用于吸附和传递电解质液中离子的增强介质（007）。
3.根据权利要求1所述的一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池，其特征在于：所述微流控通道（003）具体为由多个分支点连接的树状通道，在每个分支点均设置有调节阀门，用于控制电解质液（005）的流量和方向。
4.根据权利要求1所述的一种基于lom工艺3d打印的微流控结构电池，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓伟廷，袁江平，姜澳华，邓智升，
申请(专利权)人：圣码特能源深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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