CN106602154A - 一种驱动气泡运动的方法及降低电池自放电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种驱动气泡运动的方法及降低电池自放电的方法。该降低电池自放电的方法包括：当电池进入工作状态时，调整磁场的磁场强度沿非工作电极的方向依次降低；控制磁场向非工作电极移动，从而驱动气泡向非工作电极运动；气泡到达非工作电极后，控制磁场停止移动，从而使气泡静止在非工作电极上；调整磁场的磁场强度均匀相等；或者，当电池进入非工作状态时，调整磁场的磁场强度沿工作电极的方向依次降低；控制磁场向工作电极移动，从而驱动气泡向工作电极运动；气泡到达工作电极后，控制磁场停止移动，从而使气泡静止在工作电极上；调整磁场的磁场强度均匀相等。本发明的方法可有效降低电池的自放电。

Description

一种驱动气泡运动的方法及降低电池自放电的方法

技术领域

本发明涉及复合界面的运输领域，特别是涉及一种驱动气泡运动的方法及降低电池自放电的方法。

背景技术

梯度表面浸润性在磁响应复合界面的液体输运中有着非常重要的作用，通过改变化学组成和形貌结构，能使得磁响应复合界面的自由能和表面粗糙度改变，进而在表面张力梯度和拉普拉斯压力的作用下可以实现在需要的距离范围内的连续液体输运。

现有技术中在磁场作用下实现磁响应复合界面的液体运输的方案有：水滴在微纳米阵列薄膜与油基磁流体组合成的复合界面上实现连续快速输运；油滴在微纳米阵列薄膜与水基磁流体组合成的复合界面上实现连续快速输运。

然而现有技术中只实现了磁响应复合界面的液体运输，而没有任何一种方案能够实现磁响应复合界面的气体运输，并将磁响应复合界面的气体运输用于降低电池的自放电。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动气泡运动的方法及降低电池自放电的方法可以实现磁响应复合界面的气体运输和降低电池自放电。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种驱动气泡运动的方法，应用于一种磁响应复合装置；所述装置包括：液体槽、磁响应复合界面；所述磁响应复合界面是通过在微纳米阵列薄膜上滴加磁流体形成；所述液体槽内充满液体，所述磁响应复合界面置于所述液体内；在所述磁响应复合界面上附着有气泡；在所述磁响应复合界面上施加有磁场；

所述驱动气泡运动的方法包括：

根据气泡目标位置相对所述气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场；

控制所述梯度磁场向气泡目标位置移动，从而驱动所述气泡向所述气泡目标位置方向运动；

所述气泡到达所述气泡目标位置后，控制所述梯度磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述气泡目标位置；

将所述磁场由所述梯度磁场调整为均匀磁场。

可选的，所述磁场强度介于0～1T之间。

可选的，所述根据气泡目标位置相对所述气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场，具体包括：

调整所述磁场的磁场强度沿所述气泡目标位置的方向依次降低。

可选的，所述气泡中的气体、所述液体和所述磁流体三者互不相溶。

本发明还公开了一种降低电池自放电的方法，应用于一种基于磁响应复合界面的电解液电池；所述基于磁响应复合界面的电解液电池包括：电解液容器、正电极、负电极、磁响应复合界面；所述磁响应复合界面是通过在微纳米阵列薄膜上滴加磁流体形成；所述磁响应复合界面附着在所述正电极或所述负电极上；所述电解液容器内充满电解液，所述正电极和所述负电极置于所述电解液内；在所述磁响应复合界面上附着有惰性气体形成的气泡；在所述磁响应复合界面上施加有磁场；附着有所述磁响应复合界面的所述正电极或所述负电极分为工作电极和非工作电极，所述正电极或所述负电极与导线直接相连的一端为工作电极，另一端为非工作电极；

所述降低电池自放电的方法包括：

当电池进入工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述非工作电极的方向依次降低；

控制所述磁场向所述非工作电极移动，从而驱动所述气泡向所述非工作电极运动；

所述气泡到达所述非工作电极后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述非工作电极上；

调整所述磁场的磁场强度均匀相等；

当电池进入非工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述工作电极的方向依次降低；

控制所述磁场向所述工作电极移动，从而驱动所述气泡向所述工作电极运动；

所述气泡到达所述工作电极后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述工作电极上；

调整所述磁场的磁场强度均匀相等。

可选的，所述磁流体、所述惰性气体和所述电解液三者互不相溶。

可选的，所述磁场强度介于0～1T之间。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的技术方案，实现了在液相中驱动气泡的运动，同时将其应用在电解液电池中，当电池处于非工作状态时，采用惰性气体将工作电极和电解液隔开，极大程度上降低了电池的自放电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置的结构图；

图2为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加磁场前的磁响应复合界面的结构图；

图3为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加磁场后的磁响应复合界面的结构图；

图4为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加梯度磁场后的磁响应复合界面的结构图；

图5为本发明驱动气泡运动的方法实施例的方法流程图；

图6为本发明降低电池自放电的方法实施例所应用的基于磁响应复合界面的电解液电池的结构图；

图7为本发明降低电池自放电的方法实施例中的当电池进入工作状态时驱动气泡运动的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置的结构图。

参见图1，该磁响应复合装置包括：液体槽101、磁响应复合界面102；所述磁响应复合界面是通过在微纳米阵列薄膜1021上滴加磁流体1022形成；所述液体槽内充满液体103，所述磁响应复合界面置于所述液体103内；在所述磁响应复合界面上附着有气泡104；在所述磁响应复合界面上施加有磁场。图中箭头表示磁场，其中箭头方向代表磁场方向，箭头的大小表示磁场强度的大小。

磁响应复合界面102在磁场强度为0～1T的磁场作用下，磁流体1022会由于磁场的作用在微纳米阵列薄膜1021中运动从而发生组装，形成多个1～500μm高和1～500μm宽的锥状凸起结构，而且磁场强度越大，各个锥状凸起结构的凸起越明显。当磁场撤去以后，磁流体1022返回到微纳米阵列薄膜1021中，该锥状凸起结构也随之消失。当对磁响应复合界面102施加0～1T的梯度磁场时，磁场强度大的区域的锥状凸起结构的凸起结构大，而在磁场强度小的区域的锥状凸起结构的凸起结构小。这样在梯度磁场的作用下，界面凸起结构呈1～500μm高和1～500μm宽的锥状大小梯度分布。

图2为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加磁场前的磁响应复合界面的结构图。

参见图2，当磁响应复合界面102上不施加磁场时，磁流体1022会相对较为均匀地开始在微纳米阵列薄膜1021分布，此时，各个锥状凸起结构消失(因锥状凸起结构消失，磁流体1022返回到微纳米阵列薄膜1021中，在图中无法显示)。此时磁响应复合界面102的粗糙度变小，成为较为光滑的界面，如果有气泡104附着在该磁响应复合界面102上，该气泡104在磁响应复合界面102上的接触角较小。

图3为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加磁场后的磁响应复合界面的结构图。

参见图3，当磁响应复合界面102上施加磁场时，磁流体1022会变成锥状凸起结构，此时，磁响应复合界面102的光滑度变小，成为较为粗糙的界面。如果有气泡104附着在该磁响应复合界面102上，该气泡104在磁响应复合界面102上的接触角较大，并且，磁场的磁场强度越大，接触角越大。

图4为本发明驱动气泡运动的方法实施例所应用的磁响应复合装置中施加梯度磁场后的磁响应复合界面的结构图。

参见图4，在所述磁响应复合界面102上施加梯度磁场后，在磁响应复合界面102上，左侧的磁流体形成的凸起要大于右侧的磁流体形成的凸起，即磁响应复合界面102的左侧的界面较右侧的界面要粗糙。气泡104附着在所述磁响应复合界面102后，在气泡104左侧边缘处的磁响应复合界面102的粗糙度要大于右侧边缘处的磁响应复合界面102的粗糙度，那么自然而然气泡104左侧与磁响应复合界面102的接触角要大于气泡104右侧与磁响应复合界面102的接触角。这样，在同一气泡104内部，由于两侧接触角的不同会形成内部压力，从而使得所述气泡104从接触角较大的一端向接触角较小的一端运动，从而实现利用磁场驱动气泡104的运动。当磁场变成均匀磁场时，磁响应复合界面102的粗糙度也变得均匀，使得气泡104左右两侧的接触角相同，内部压力消失，气泡104的运动也随之停止。

当利用磁场驱动气泡104运动时，如果磁场运动，气泡104也会跟随磁场的运动而运动，并且与磁场的运动速度一致。

图5为本发明驱动气泡运动的方法实施例的方法流程图。

该驱动气泡运动的方法应用于上述磁响应复合装置。参见图5，该驱动气泡运动的方法包括：

步骤501：根据气泡目标位置相对气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场；

步骤502：控制所述梯度磁场向所述气泡目标位置移动，从而驱动所述气泡104向所述气泡目标位置方向运动；

步骤503：所述气泡104到达所述气泡目标位置后，控制所述梯度磁场停止移动，从而使所述气泡104静止在所述气泡目标位置；

步骤504：将所述磁场由所述梯度磁场调整为均匀磁场。

可选的，所述磁场强度介于0～1T之间。

可选的，所述根据气泡目标位置相对所述气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场，具体包括：

调整所述磁场的磁场强度沿所述气泡目标位置的方向依次降低。

可选的，步骤504的实现方式有两种，分别为控制磁场的磁场强度保持均匀相等和控制磁场的磁场强度为0。

控制磁场的磁场强度保持均匀相等时，磁响应复合界面102各处的粗糙度相等，气泡104内部不存在内部压力，气泡104保持静止。

所述控制磁场的磁场强度为0，即不再对所述磁响应复合界面102施加磁场，此时，磁响应复合界面102上各处磁流体比较均匀地分布在所述微纳米阵列薄膜1021上，不再形成锥状凸起结构，进而磁响应复合界面102各处的粗糙度也相等，气泡104内部不存在内部压力，气泡104保持静止。

本发明的上述方案，打破现有技术中仅能实现驱动液体运动的局限，实现了在液体环境中对气泡运动的驱动。并且，上述方案中，可以通过改变磁场位置驱动气泡的运动，并且保证气泡的运动速度和磁场位置的移动速度一致，从而能够将气泡运动的速度和位置掌握在可以控制的范围内，进一步提高了对气泡运动控制的准确度。

图6为本发明降低电池自放电的方法实施例所应用的基于磁响应复合界面的电解液电池的结构图。

参见图6，该基于磁响应复合界面的电解液电池包括：电解液容器601、正电极602、负电极603、磁响应复合界面102；所述磁响应复合界面102是通过在微纳米阵列薄膜1021上滴加磁流体1022形成；所述磁响应复合界面102附着在所述正电极602或所述负电极603上；所述电解液容器601内充满电解液604，所述正电极602和所述负电极603置于所述电解液604内；所述正电极602和所述负电极603的输出端连接有负载605；在所述磁响应复合界面102上附着有惰性气体形成的气泡104；在所述磁响应复合界面102上施加有磁场；附着有所述磁响应复合界面102的所述正电极602或所述负电极603分为工作电极6021和非工作电极6022，在该实施例中，将正电极602分为工作电极6021和非工作电极6022，所述正电极602与导线直接相连的一端为工作电极6021，另一端为非工作电极6022。

本发明的该降低电池自放电的方法实施例采用了上述驱动气泡运动的方法的原理。

图7为本发明降低电池自放电的方法实施例中的当电池进入工作状态时驱动气泡运动的方法流程图。

该降低电池自放电的方法，应用于上述基于磁响应复合界面的电解液电池。

参见图6和图7，所述降低电池自放电的方法包括：

步骤701：当电池进入工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述非工作电极6022的方向依次降低；

步骤702：控制所述磁场向所述非工作电极6022移动，从而驱动所述气泡104向所述非工作电极6022运动；

步骤703：所述气泡104到达所述非工作电极6022后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡104静止在所述非工作电极6022上；当所述气泡104静止在所述非工作电极6022上之后，所述工作电极6021暴露在所述电解液604中，与电解液604发生反应从而将化学能转换为电能；

步骤704：调整所述磁场的磁场强度均匀相等；

步骤705：当电池进入非工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述工作电极6021的方向依次降低；

步骤706：控制所述磁场向所述工作电极6021移动，从而驱动所述气泡104向所述工作电极6021运动；

步骤707：所述气泡104到达所述工作电极6021后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡104静止在所述工作电极6021上；当所述气泡104静止在所述工作电极6021上之后，将所述工作电极6021与电解液604隔离开来，工作电极6021不再与电解液604接触，从而使电池不再进行放电，起到了降低电池自放电的作用；

步骤708：调整所述磁场的磁场强度均匀相等。

可选的，所述磁流体1022、所述惰性气体和所述电解液604三者互不相溶。

可选的，所述磁场强度介于0～1T之间。

可选的，步骤704和步骤708中所述的调整所述磁场的磁场强度均匀相等的实现方式有两种，分别为控制磁场的磁场强度保持均匀相等和控制磁场的磁场强度为0。

控制磁场的磁场强度保持均匀相等时，磁响应复合界面102各处的粗糙度相等，气泡104内部不存在内部压力，气泡104保持静止。

所述控制磁场的磁场强度为0，即不再对所述磁响应复合界面102施加磁场，此时，磁响应复合界面102上各处磁流体比较均匀地分布在所述微纳米阵列薄膜1021上，不再形成锥状凸起结构，进而磁响应复合界面102各处的粗糙度也相等，气泡104内部不存在内部压力，气泡104保持静止。

本发明的该降低电池自放电的方法，采用了极为简单的结构，只需在电极上附着一个磁响应复合界面并施加磁场即可实现。并且，通过气泡将电解液和工作电极分离开来，隔绝两种能够发生反应的物质，能够更加彻底的降低电池的自放电。本发明的该方法具有通用性，不需要改变电池原有的结构，只需在电极上附着一个磁响应复合界面即可，能够应用于各种各样的电解液电池，适用范围广。本发明的上述方案可以通过改变磁场位置驱动气泡的运动，并且保证气泡的运动速度和磁场位置的移动速度一致，从而能够将气泡的速度和位置掌握在可以控制的范围内，进一步提高了对气泡运动控制的准确度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种驱动气泡运动的方法，其特征在于，应用于一种磁响应复合装置；所述装置包括：液体槽、磁响应复合界面；所述磁响应复合界面是通过在微纳米阵列薄膜上滴加磁流体形成；所述液体槽内充满液体，所述磁响应复合界面置于所述液体内；在所述磁响应复合界面上附着有气泡；在所述磁响应复合界面上施加有磁场；

所述驱动气泡运动的方法包括：

根据气泡目标位置相对气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场；

控制所述梯度磁场向所述气泡目标位置移动，从而驱动所述气泡向所述气泡目标位置方向运动；

所述气泡到达所述气泡目标位置后，控制所述梯度磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述气泡目标位置；

将所述磁场由所述梯度磁场调整为均匀磁场。

2.根据权利要求1所述的一种驱动气泡运动的方法，其特征在于，所述磁场强度介于0～1T之间。

3.根据权利要求2所述的一种驱动气泡运动的方法，其特征在于，所述根据气泡目标位置相对所述气泡位置的方向，调整所述磁场为梯度磁场，具体包括：

调整所述磁场的磁场强度沿所述气泡目标位置的方向依次降低。

4.根据权利要求1所述的一种驱动气泡运动的方法，其特征在于，所述气泡中的气体、所述液体和所述磁流体三者互不相溶。

5.一种降低电池自放电的方法，其特征在于，应用于一种基于磁响应复合界面的电解液电池；所述基于磁响应复合界面的电解液电池包括：电解液容器、正电极、负电极、磁响应复合界面；所述磁响应复合界面是通过在微纳米阵列薄膜上滴加磁流体形成；所述磁响应复合界面附着在所述正电极或所述负电极上；所述电解液容器内充满电解液，所述正电极和所述负电极置于所述电解液内；在所述磁响应复合界面上附着有惰性气体形成的气泡；在所述磁响应复合界面上施加有磁场；附着有所述磁响应复合界面的所述正电极或所述负电极分为工作电极和非工作电极，所述正电极或所述负电极与导线直接相连的一端为工作电极，另一端为非工作电极；

所述降低电池自放电的方法包括：

当电池进入工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述非工作电极的方向依次降低；

控制所述磁场向所述非工作电极移动，从而驱动所述气泡向所述非工作电极运动；

所述气泡到达所述非工作电极后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述非工作电极上；

调整所述磁场的磁场强度均匀相等；

当电池进入非工作状态时，调整所述磁场的磁场强度沿所述工作电极的方向依次降低；

控制所述磁场向所述工作电极移动，从而驱动所述气泡向所述工作电极运动；

所述气泡到达所述工作电极后，控制所述磁场停止移动，从而使所述气泡静止在所述工作电极上；

调整所述磁场的磁场强度均匀相等。

6.根据权利要求5所述的一种降低电池自放电的方法，其特征在于，所述磁流体、所述惰性气体和所述电解液三者互不相溶。

7.根据权利要求5所述的一种降低电池自放电的方法，其特征在于，所述磁场强度介于0～1T之间。