本發明屬于液流電池，具體涉及一種液流電池復合膜-電極及其制備方法、液流電池。

背景技術：

1、為解決目前諸多清潔能源存在錯峰浪費和不可持續利用的問題，開發綠色、新型的儲能方式成為研究人員關注的重要領域。液流電池作為儲能技術的一種，其具有響應速度快、安全性高、功率和容量相互獨立可深度放電、效率高且環境友好等的優點。已經逐漸成為最具有發展潛力的儲能技術。

2、液流電池的單電池標準開路電壓較小，為滿足實際應用，需要將一定數量的單電池串聯組裝成電堆,以便得到所需的電壓。目前液流電池電堆多采用雙極板-液流框-電極-隔膜-電極-液流框-雙極板的結構，電極自身不參與氧化還原反應，但電堆的反應與電極材料本征性質密切相關，并且很大程度被限制于液流框中空的電極反應區域，液流框可以有效提高電解液流經電極表面的均勻性，但其具有的體積和質量會嚴重影響電堆的功率密度。液流電池電堆通常采用壓合堆疊的方式組裝，各部件間接觸電阻依賴于電堆外部所施加的壓力，在電極-膜、電極-雙極板之間會難以避免的產生較大的接觸電阻，降低電堆的能量轉換效率。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種液流電池復合膜-電極及其制備方法、液流電池。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

2、本發明提供了一種液流電池復合膜-電極，包括：表面涂覆有催化涂層的質子交換膜和兩個液體擴散層，其中，

3、所述質子交換膜包括nafion膜，所述質子交換膜包括主體部和位于所述主體部兩側的多個突觸部；

4、每一側的多個突觸部沿著所述主體部呈平行等間隔的一維陣列排布，兩側的多個突觸部關于所述主體部對稱設置；

5、所述兩個液體擴散層與所述質子交換膜中兩側的多個突觸部對應貼合。

6、在本發明的一個實施例中，所述催化涂層為內部載有催化劑的碳納米管催化涂層，所述催化劑為金屬基催化劑、金屬氧化物催化劑或碳基電催化劑。

7、在本發明的一個實施例中，所述突觸部遠離所述主體部的一端與所述主體部之間的距離為0.1μm～100μm。

8、在本發明的一個實施例中，相鄰所述突觸部之間的間距大于0.1μm。

9、在本發明的一個實施例中，所述液體擴散層包括碳納米纖維層。

10、本發明提供了一種液流電池復合膜-電極的制備方法，包括：

11、步驟1：將nafion溶液倒入具有一維陣列排布結構的模板中，蒸干溶劑后得到nafion陣列膜；

12、步驟2：將條狀nafion膜置于具有nafion陣列膜的模板上，利用熱壓工藝將條狀nafion膜與所述nafion陣列膜融合，脫模后得到質子交換膜，其中，所述條狀nafion膜位于所述nafion陣列膜的中部，以使所述nafion陣列膜在所述條狀nafion膜的兩側形成多個突觸部；

13、步驟3：制備得到內部載有催化劑的碳納米管材料，利用內部載有催化劑的碳納米管材料制備得到催化涂層漿料；

14、步驟4：將所述催化涂層漿料噴涂到所述質子交換膜的整個表面，得到表面涂覆有催化涂層的質子交換膜；

15、步驟5：利用碳納米纖維制備得到液體擴散層；

16、步驟6：利用熱壓工藝將兩個液體擴散層與所述質子交換膜中兩側的多個突觸部對應貼合，得到液流電池復合膜-電極。

17、在本發明的一個實施例中，所述步驟3包括：

18、步驟3.1：利用濕法浸漬法合成內部載有催化劑的碳納米管材料；

19、步驟3.2：按比例混合內部載有催化劑的碳納米管材料和碳納米纖維，其中，內部載有催化劑的碳納米管材料的質量分數為1～100wt％，碳納米纖維的的質量分數為0～99wt％；

20、步驟3.3：將混合物分散至含有nafion溶液的丙醇與水混合溶液中，其中，nafion溶液的質量分數為1％～10％，丙醇與水的體積比為1:1，對混合溶液進行超聲處理，形成分散均勻的懸濁液作為催化涂層漿料。

21、在本發明的一個實施例中，所述步驟5包括：

22、步驟5.1：將碳納米纖維加入到具有分散劑的十二烷基硫酸鈉水溶劑中，進行超聲分散后得到分散均勻的懸濁液；其中，所述碳納米纖維與所述分散劑的質量比為1:2；

23、步驟5.2：對步驟5.1的懸濁液抽濾成型后去除分散劑，得到碳納米纖維層作為液體擴散層。

24、在本發明的一個實施例中，在所述步驟2和所述步驟6中，所述熱壓工藝的工藝參數為：熱壓溫度為120℃～170℃，熱壓壓力為1～10mpa。

25、本發明提供了一種液流電池，包括如上述任一項實施例所述的液流電池復合膜-電極。

26、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

27、1.本發明的液流電池復合膜-電極，質子交換膜包括主體部和位于主體部兩側的多個突觸部，在質子交換膜的表面涂覆內部載有催化劑的碳納米管催化涂層，利用該質子交換膜的結構有效增大了電極的反應面積，同時避免了在反應過程中因催化劑團聚而造成催化效率的衰減。

28、2.本發明的液流電池復合膜-電極，液體擴散層為碳納米纖維層，其具有較大的孔隙率，在提高膜-電極比表面積的同時，可以進一步提高電極的催化效率。

29、3.本發明的液流電池復合膜-電極，將質子交換膜與電極一體化設計形成液流電池膜-電極，將其應用于液流電池電堆時，可以去除傳統液流電池電堆中液流框部件，可通過在雙極板上增設流道的方式，保證液流框提供的電解液分配均勻性。該液流電池電堆結構可有效減小各材料間接觸電阻，同時減小電堆體積和質量，提高液流電池電堆整體的功率密度。

30、上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

技術特征：

1.一種液流電池復合膜-電極，其特征在于，包括：表面涂覆有催化涂層的質子交換膜和兩個液體擴散層，其中，

2.根據權利要求1所述的液流電池復合膜-電極，其特征在于，所述催化涂層為內部載有催化劑的碳納米管催化涂層，所述催化劑為金屬基催化劑、金屬氧化物催化劑或碳基電催化劑。

3.根據權利要求1所述的液流電池復合膜-電極，其特征在于，所述突觸部遠離所述主體部的一端與所述主體部之間的距離為0.1μm～100μm。

4.根據權利要求1所述的液流電池復合膜-電極，其特征在于，相鄰所述突觸部之間的間距大于0.1μm。

5.根據權利要求1所述的液流電池復合膜-電極，其特征在于，所述液體擴散層包括碳納米纖維層。

6.一種液流電池復合膜-電極的制備方法，其特征在于，包括：

7.根據權利要求6所述的液流電池復合膜-電極的制備方法，其特征在于，所述步驟3包括：

8.根據權利要求6所述的液流電池復合膜-電極的制備方法，其特征在于，所述步驟5包括：

9.根據權利要求6所述的液流電池復合膜-電極的制備方法，其特征在于，

10.一種液流電池，其特征在于，包括如權利要求1-5任一項所述的液流電池復合膜-電極。

技術總結
本發明涉及一種液流電池復合膜?電極及其制備方法、液流電池，該液流電池復合膜?電極，包括：表面涂覆有催化涂層的質子交換膜和兩個液體擴散層，其中，質子交換膜包括Nafion膜，質子交換膜包括主體部和位于主體部兩側的多個突觸部；每一側的多個突觸部沿著主體部呈平行等間隔的一維陣列排布，兩側的多個突觸部關于主體部對稱設置；兩個液體擴散層與質子交換膜中兩側的多個突觸部對應貼合。本發明的液流電池復合膜?電極，將質子交換膜與電極一體化設計形成液流電池膜?電極，有效增大了電極的反應面積，同時避免了在反應過程中因催化劑團聚而造成催化效率的衰減。

技術研發人員：李子涵,韓樂聰,李建斌,閆淵,金勝騫,焦曉雷
受保護的技術使用者：林源電力（南京）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28