[發明專利]一種金屬有機凝膠電解質的制備方法

有效

• 申請號: 201410797857.0
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104465099B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 陳洪燕;秦田;董玉杰;饒華商;范杰;匡代彬;蘇成勇
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01G9/025
• 分類號: H01G9/025;H01G9/20
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司44100
• 代理人: 華輝

技術領域

本發明涉及準固態電解質的制備領域，具體涉及一種金屬有機凝膠電解質的制備方法，可將其應用于準固態染料敏化太陽能電池上。

背景技術

基于準固態電解質的染料敏化太陽能電池是太陽能電池領域的研究熱點之一。準固態電解質不僅可以克服液態電解質易揮發漏液、不易密封等缺陷，又能解決全固態電解質離子電導率低、對電池光陽極的填充性差等問題，被認為是提高電池的長期穩定性，獲得高光電轉化效率的染料敏化太陽能電池的有效手段。準固態電解質的制備通常是使用膠凝劑固化液態電解質制備凝膠態電解質，如分別使用小分子有機膠凝劑和聚合物為膠凝劑制備的小分子有機凝膠電解質、聚合物凝膠電解質等。膠凝劑種類、結構不同，則會對所形成的凝膠電解質的光電性能產生影響。金屬有機凝膠是利用含金屬離子的凝膠因子組裝或利用金屬離子與有機配體的配位橋聯作用固化溶劑形成的凝膠態軟物質材料。該類凝膠將金屬離子引入到凝膠骨架中，并可通過金屬離子的選擇、有機配體的設計來調控凝膠的性能，因而在催化、傳感、生物醫用材料等領域具有良好的應用前景，應用于準固態電解質領域也具有良好的應用價值。

發明內容

實驗過程中發現，利用金屬有機凝膠溶脹吸收液態電解質有效成分可制備金屬有機凝膠電解質，但該法獲得的凝膠電解質中有效成分的準確含量不易確定。本發明專利提供一種原位法制備金屬有機凝膠電解質，可簡化制備過程，可控制備準固態電解質。

本發明的目的在于提供一種原位制備金屬有機凝膠電解質的方法，其制備的凝膠電解質可應用于準固態染料敏化太陽能電池。

本發明技術所要制備的金屬有機凝膠電解質，是采用金屬離子與有機配體為膠凝劑固化液體電解質形成的準固態電解質。

本發明為原位制備金屬有機凝膠電解質的方法，是將膠凝劑直接添加于染料敏化太陽能電池液態電解質中，原位固化液態電解質形成凝膠。

本發明的原位法使用的膠凝劑是金屬鹽和有機配體。所述金屬鹽為鋁鹽，所述有機配體是叔丁基吡啶或分子量小于1000的含有二個及以上羧酸基團的羧酸類配體。

本發明的原位法可分別通過以下兩種技術方案來實現：

技術方案一的步驟依次如下：

將金屬鹽溶解于第一溶劑中形成溶液，依次將適量叔丁基吡啶、金屬鹽溶液添加到含I^-/I₃^-氧化還原電對的電解質溶液中，混合均勻，室溫靜置獲得金屬有機凝膠電解質。

作為技術方案一的優選方案，上述制備方法中，所述金屬鹽為含結晶水的硝酸鋁；所述第一溶劑優選為乙醇；所述金屬鹽在溶劑中的摩爾濃度優選為0.5～3.0mol/L。

進一步，所述含I^-/I₃^-氧化還原電對的電解質溶液包含碘、碘化鋰、離子液體、添加劑和第二溶劑。所述離子液體優選為1-丙基,3-甲基碘化咪唑(PMII)、1-甲基,3-丙基碘化咪唑(MPII)、1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑(DMPII)，或1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸酯(EMINCS)中的一種以上。所述添加劑為硫氰酸胍、N-甲基苯并咪唑中的一種以上。所述第二溶劑優選為乙腈、甲氧基丙腈，或乙腈與戊腈的混合溶劑等。所述電解質溶液中，碘的摩爾濃度為0.01～0.5mol/L，碘化鋰的摩爾濃度為0.01～0.5mol/L，離子液體的摩爾濃度為0.01～6.0mol/L，硫氰酸胍的摩爾濃度為0.01～1.0mol/L，N-甲基苯并咪唑的摩爾濃度為0.01～2.0mol/L，乙腈的體積占混合溶劑體積的85～100％。

進一步，所述金屬鹽在所得凝膠電解質中的摩爾濃度為0.2～1.0mol/L，叔丁基吡啶在所得凝膠電解質中的摩爾濃度為0.2～2.0mol/L。

技術方案二的步驟依次如下：

將金屬鹽和有機配體添加到含I^-/I₃^-氧化還原電對的電解質溶液中，混合均勻；將混合溶液加熱得到金屬有機凝膠電解質。

作為技術方案二的優選方案，上述制備方法中，所述金屬鹽為含結晶水的鋁鹽，優選為硝酸鋁；所述有機配體為分子量小于1000的含有二個及以上羧酸基團的羧酸類配體。

優選地，所述羧酸類配體為對苯二甲酸、均苯三酸或萘二酸。