[發明專利]聚離子液體基微孔準固態電解質制備方法與應用

有效

• 申請號: 200910264127.3
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101752090A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 陶杰;楊艷;金鑫;秦琦
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01G9/025
• 分類號: H01G9/025;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明屬于固態電解質制備工藝技術領域，特別涉及一種聚離子液體基微孔準固態電解質制備方法與應用，特別是涉及該電解質應用于染料敏化太陽能電池。

背景技術

染料敏化太陽能電池(DSSCs)，與傳統的硅太陽電池相比，具有原材料來源廣泛、價格低廉、制作工藝相對簡單、性能穩定等優點，因而成為光電轉化領域新的研究熱點。雖然使用液態電解質的染料敏化太陽能電池在電池的光電效率上得到了可喜的結果，但存在漏液、易揮發、易燃、不易密封等缺陷，這些不穩定因素限制了染料敏化太陽能電池的長期穩定性和工業應用化前景。

離子液體是完全由離子組成的液體，是低溫呈液態的鹽。在染料敏化電池中用不揮發、高電導率的離子液體替代電解質中的有機溶劑，有利于提高電池的壽命和穩定性，為染料敏化電池電解質的研究開辟了一個嶄新的領域(P?Bonbote，A?P?Dias，N?Papageorgiou?et?al.Ionrg.Chem.，1996，35：1168～1178)。近年來，很多研究者還致力于采用小分子膠凝劑(Stathatos，E.；Lianos，P.；Vuk，A.S.；Orel，B.AdV.Funct.Mater.2004，14：45)，高分子聚合物(P.Wang，S.M.Zakeeruddin，I.Exnar，M.Gr¨atzel，Chem.Commun?2002，2972-2973)或者納米粒子(P.Wang，S.M.Zakeeruddin，P.Comte，I.Exnar，M.Gr¨atzel，J.Am.Chem.Soc.2003，125：1166-1167)等手段固化離子液體，制備適用于DSSCs的凝膠電解質。聚離子液體是含有離子液體結構的高分子聚合物，兼備了離子液體的特點和聚合物的穩定性，在制備聚合物電解質方面有很好的應用前景。2006年，中國科學院蘭州化學物理研究所專利報道聚合離子液體基凝膠型聚合物電解質，該電解質由聚合離子液體1-乙基3-(2-甲基丙烯酰氧乙基)咪唑碘鹽，聚丙烯腈，單質碘及有機溶劑組成(專利公開號：CN101205283)。2009年，Eneko?Azaceta報道了一系列基于聚乙烯基烷基咪唑碘鹽聚合物的凝膠電解質，并在此基礎上制備DSSCs，效率最高達到3.73％(E.Azaceta，et?al.，Electrochim.Acta，2009，doi：10.1016/j.electacta.2009.01.058)。上述方法都是將聚離子液體直接添加到液體電解質中形成凝膠，因此降低了聚合物的機械強度，從而造成電池封裝困難，加大了電池短路的幾率，所以，可以考慮采取先制備聚離子液體基微孔聚合物薄膜，再浸泡液態電解質，得到準固態電解質的新方法。制備聚離子液體基微孔準固態電解質的技術難點：(1)聚離子液體的選擇與制備。必須滿足DSSCs的應用需要，選擇合適的陽離子，陰離子，采用簡單易行的制備方法。(2)聚離子液體基微孔聚合物薄膜的制備。由于聚離子液體本身的成膜型差，選擇另一成膜性好的聚合物對其改性，是制備的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚離子液體基微孔準固態電解質制備方法。

本發明實現上述的目的所采用的技術方案是：

(a)側鏈含不飽和雙鍵的咪唑碘離子液體的制備：

將每摩爾側鏈含不飽和雙鍵的咪唑和1～1.5摩爾碘代烷烴混合均勻，放入以聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，將反應釜密封后加熱升溫，反應溫度80～120℃，反應時間4～12h，待高壓釜冷卻到室溫后，取出產物，用乙醚溶劑洗去過量的碘代烷烴后，80℃真空干燥24h去除殘余乙醚溶劑，得到側鏈含不飽和雙鍵的咪唑碘離子液體；

(b)聚離子液體的制備：

將每克側鏈含不飽和雙鍵的咪唑碘離子液體溶于2～3毫升乙醇溶劑中，以2wt％～10wt％偶氮二異丁腈為引發劑，在N₂保護下60～80℃自由基聚合反應10～30h，將產物80℃真空干燥24h去除乙醇溶劑，得到聚合離子液體；

(c)聚合物微孔薄膜的制備：

將每克聚離子液體，0.1～9克聚偏氟乙烯和0.15～14克丙三醇溶于20～200克N，N-二甲基甲酰胺中，60～80℃下攪拌得到混合均勻的溶液，將其傾倒于干凈玻片上，在80～100℃溫度下真空干燥12～24h后浸漬于乙醇中12～24h，得到微孔聚合物薄膜；

(d)聚離子液體基微孔準固態電解質的制備：

將聚合物微孔薄膜浸于含0.1～0.5摩爾/升無機碘鹽，0.05～0.2摩爾/升單質碘的電解液中12～24h，得到聚離子液體基微孔準固態電解質。