[發明專利]光電正極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310085161.4
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN116110723A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 袁騰;陳冬輝;楊思源;楊卓鴻
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M14/00
• 代理公司: 廣東南越商專知識產權代理有限公司 44809
• 代理人: 周坤榮;許春蘭

本發明屬于化學能源技術領域，具體涉及一種光電正極及其制備方法和應用。本發明通過將光活性材料二氧化釩和空穴阻斷材料二氧化鈦原位生長在導電基底上，制得光電正極；然后將光電正極、鋅負極、加了電解液的隔膜封裝在電池殼中，制得光可充電鋅離子電池。在光照條件下，電池利用二氧化釩吸收光能，二氧化鈦促進光生電子和空穴分離。充電反應過程中，光生電子通過外電路傳輸到鋅負極與鋅離子結合，使得鋅離子沉積在鋅負極上，同時，光生空穴能夠促進鋅離子從二氧化釩中脫嵌出來，實現光能的存儲和光電正極在光可充電鋅離子電池中的應用。

技術領域

本發明屬于化學能源技術領域，具體涉及一種光電正極及其制備方法和應用。

背景技術

由于化石燃料的使用造成了嚴重的環境問題，轉變能源結構，探索更多的可持續的能源成為全世界范圍的迫切趨勢。雖然太陽能作為一種可再生清潔能源已經涉及到很多領域，但由于其在時間和空間上的不連續性，還不能作為穩定的能源供應使用。將太陽能轉化為電能是解決這一問題的重要途徑。

太陽能電池通常與可充電電池或超級電容器等儲能設備整合起來用于能量轉換和儲存。太陽能通過太陽能電池轉化為電能，而產生的電能可以通過儲能設備的充電過程轉化為化學能，儲存的化學能可以通過放電過程為電子設備提供電能。這意味著，可充電電池是由太陽能電池而不是由太陽能光直接充電。此外，可充電電池在經歷多步驟的能量轉換過程，能量轉換效率低，大量的太陽能被白白浪費掉，也增加了系統的復雜性和成本。因此，有必要研制一種可以直接利用太陽能進行充電的電池，提高太陽能的能量轉換效率。

發明內容

本發明的第一個目的，在于提供一種光電正極，本發明的第二個目的，在于提供該光電正極的制備方法，本發明的第三個目的，在于提供一種光可充電鋅離子電池。

根據本發明的第一個方面，提供了一種光電正極，其由空穴阻斷材料和光活性材料附著在導電基底上，其中，導電基底為碳布，空穴阻斷材料為二氧化鈦，光活性材料為二氧化釩，空穴阻斷材料和光活性材料的質量比為1：(1～5)。

根據本發明的第二個方面，提供了該光電正極的制備方法，包括以下步驟：

S1、依次用丙酮、水、乙醇超聲清洗碳布，然后將清洗后的碳布進行干燥，再將干燥的碳布浸沒在由濃硫酸和濃硝酸組成的混合溶液中，在90～120℃下反應3～7h，反應結束后，用水對碳布進行清洗，直至pH為6.5～8.0，然后將碳布進行烘干，得到預處理碳布；

S2、將預處理碳布浸沒在含有乙醇、丙三醇和鈦酸四丁酯的混合溶液中，在160～200℃下反應12～24h，得到前驅體電極，然后將前驅體電極進行洗滌和干燥，再進行煅燒處理，得到附著二氧化鈦的碳布；

S3、將附著二氧化鈦的碳布浸沒在含有偏釩酸銨、草酸的水溶液中，在160～260℃下反應2～48小時，然后將反應產物進行洗滌和干燥，得到在碳布基底上附著二氧化鈦和二氧化釩的光電正極。

本發明依次用丙酮、水、乙醇超聲清洗碳布，由此可以除去碳布表面的油性物質。

本發明將干燥的碳布浸沒在由濃硫酸和濃硝酸組成的混合溶液中，在90～120℃下反應3～7h，由此可以使碳布具有較好的親水性。

在一些實施方式中，步驟S1中，混合溶液中濃硫酸和濃硝酸的體積比為(0.8～1.2):1，其中，濃硫酸的濃度為98wt％，濃硝酸的濃度為68wt％。

在一些實施方式中，步驟S1中，將清洗后的碳布進行干燥的方法為：將清洗后的碳布在60～80℃下干燥12～24h；將碳布烘干的方法為：將碳布在60～80℃下烘12～24h。

在一些實施方式中，步驟S2中，乙醇、丙三醇和鈦酸四丁酯的體積比為(25～100)：(5～20)：(0.5～2)。