[发明专利]一种柔性浓差电池及其制备方法

说明书

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。

技术领域

本发明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，属于功能材料技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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：

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。

盐溶液的浓度差根据需要调整。

本发明的优点在于：

1、本发明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。

2、本发明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：