[發(fā)明專利]單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006095.9
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102522204A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王桂強(qiáng);禚淑萍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號: H01G9/028
• 分類號: H01G9/028;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務(wù)所 37223
• 代理人: 孫愛華

技術(shù)領(lǐng)域

單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，屬于電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法，以及該固態(tài)電解質(zhì)在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池由于光電轉(zhuǎn)換效率高、制作簡單、材料成本低廉、穩(wěn)定性好而備受關(guān)注。目前高效率的染料敏化太陽能電池都是采用含有乙腈、3-甲氧基丙腈等易揮發(fā)性有機(jī)溶劑的液態(tài)電解質(zhì)。有機(jī)溶劑的易揮發(fā)與泄露等問題嚴(yán)重限制了基于液態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。用凝膠電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)雖然可在一定程度上解決電解質(zhì)的密封問題，但凝膠電解質(zhì)仍含有液態(tài)成份，特別是在溫度較高時(shí)，仍存在電解質(zhì)泄漏的問題。采用不含任何液態(tài)成份的固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)制備染料敏化太陽能電池可以徹底解決電池電解質(zhì)密封的問題。但目前報(bào)道的不含任何液態(tài)成份的染料敏化太陽能電池固態(tài)電解質(zhì)由于電導(dǎo)率低、與電極界面接觸性能差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致組裝的固態(tài)染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性好，電導(dǎo)率高，易密封，與電極界面接觸良好且不含任何液態(tài)成份的單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)；同時(shí)提供該固態(tài)電解質(zhì)的制備工藝。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于：由聚合物A、碘單質(zhì)和無機(jī)納米粒子，按重量比1∶0～0.2∶0～0.5組成，聚合物A的化學(xué)式為

其中，l＝5～500的自然數(shù)。

優(yōu)選的，由聚合物A、碘單質(zhì)和無機(jī)納米粒子，按重量比1∶0.05～0.15∶0.1～0.4組成。

其中，所述聚合物A由烷基二咪唑B和二碘代烷C按摩爾比1∶1.2～1.2∶1混合，在溫度60～100℃下聚合反應(yīng)生成，烷基二咪唑B和二碘代烷C的化學(xué)式分別為

B：C：其中，n＝3～7，m＝1、3～6的自然數(shù)。

所述無機(jī)納米粒子為SiO₂、TiO₂中的一種或兩種任意比例的混合物，納米粒子的粒徑為為10～300nm。

上述單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將烷基二咪唑B和二碘代烷C按上述摩爾比混合，再按比例加入碘單質(zhì)和/或無機(jī)納米粒子形成固態(tài)電解質(zhì)前趨體；

2)將上述固態(tài)電解質(zhì)前趨體升溫到60～100℃，烷基二咪唑B與二碘代烷C發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚合物A使電解質(zhì)固化，即得。

該單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)主要應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中，作為染料敏化太陽能電池中的電解質(zhì)，可有效避免傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池液態(tài)電解質(zhì)的泄露問題，改善電解質(zhì)/電極的界面接觸。

本發(fā)明的單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)體系，通過調(diào)控電解質(zhì)中碘和無機(jī)納米粒子的加入量、烷基二咪唑B和二碘代烷C的分子結(jié)構(gòu)、固化反應(yīng)過程的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，可以調(diào)控電解質(zhì)的組成及聚集狀態(tài)，可形成離子擴(kuò)散與電荷交換的雙重電導(dǎo)機(jī)制，這大大提高了所制備電解質(zhì)的電導(dǎo)率；電解質(zhì)的反應(yīng)固化過程可在電極表面原位進(jìn)行，這可改善電解質(zhì)與電極的界面接觸，同時(shí)易實(shí)現(xiàn)電池的連續(xù)化生產(chǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明單陰離子傳導(dǎo)聚合物固態(tài)電解質(zhì)所具有的有益效果是：1、制備工藝簡單，電解質(zhì)中不含任何液態(tài)成份，能徹底解決了液態(tài)電解質(zhì)面對工業(yè)化生產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的易泄漏、不易密封的問題；2、電解質(zhì)的固化過程可以在電極表面原位進(jìn)行，可大大改善電解質(zhì)與電極的界面接觸；3、電解質(zhì)中陽離子被固定在電解質(zhì)中聚合物主鏈上，只有陰離子I^-和I₃^-可以傳導(dǎo)，結(jié)合無機(jī)納米復(fù)合可在電解質(zhì)體系中形成離子擴(kuò)散和電荷交換的雙重電導(dǎo)機(jī)制，使電解質(zhì)有較高的電導(dǎo)性。4、本發(fā)明制備的單陰離子聚合物固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.5％以上，而且電解質(zhì)固化與電池組裝可同步在線完成，適合于大規(guī)模自動化生產(chǎn)過程。

附圖說明

圖1為實(shí)施例14制備的單陰離子聚合物全固態(tài)電解質(zhì)染料敏化太陽能電池中電解質(zhì)對二氧化鈦電極的浸潤情況，圖1a為加入電解質(zhì)前；圖1b為加入電解質(zhì)后。

圖2為實(shí)施例14中制備的單陰離子聚合物全固態(tài)電解質(zhì)組裝的染料敏化太陽能電池的I-V特性曲線。

下面結(jié)合附圖1～2對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，其中實(shí)施例14為最佳實(shí)施例：

具體實(shí)施方式