一種微枝化聚合物凝膠電解質及其製備方法
2023-05-29 19:53:51 2
專利名稱：一種微枝化聚合物凝膠電解質及其製備方法
技術領域：
本發明屬於化學及其能源電池技術領域，具體地涉及一種微枝化聚合物凝膠電解質及其製備方法。
背景技術：
染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種高效、廉價、無汙染的新型太陽能電池。1991 年，Gratzel首次利用聯吡啶釕(II )配合物染料和納米多孔TiO2薄膜製備的染料敏化太陽能電池，獲得了 7. 1%的光電轉換效率。自此DSSC受到了廣大研究者的持續研究並取得長足的發展。美國專利US 6 479 745中液體電解質組分為0.5 mol/L KI、0.05 mol/L I2, 溶劑為碳酸丙烯酯，測得室溫的電導率為7. 2 mS.cnT1。但是，基於液體電解質和DSSC存在電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺點，而聚合物電解質具有封裝簡單、廉價、性能穩定等優點，引起了研究者濃厚的興趣。DSSC聚合物電解質作為具有實用性價值的聚合物電解質應滿足以下條件(1) 室溫離子電導率達10-3S. cm-1數量級；(2)與電極界面接觸性能良好，界面電阻小，界面電荷傳輸速度快；C3)良好的電化學穩定性；(4)良好的加工性能。聚乙二醇PEG和聚丙烯酸酯是固體電解質的材料，本發明把兩者結合起來，製備微枝化聚(丙烯酸酯-亞甲基雙丙烯醯胺)/聚乙二醇P(A-Bis)/PEG聚合物/碘化物/I2 凝膠電解質，可以使該高分子電解質具有兩種聚合物的優點。本發明克服了現有技術中電解質溶液和DSSC存在的電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺陷，提出了一種微枝化聚合物凝膠電解質及其製備方法。本發明的微枝化聚合物凝膠電解質具有易於封裝、電化學穩定性良好等有益效果，本發明提出的微枝化聚合物凝膠電解質製備方法具有路線簡單，操作條件溫和，產物提純步驟簡單而產率高、熱穩定性好等優點。
發明內容
權利要求
1. 一種微枝化聚合物凝膠電解質，其特徵在於，所述微枝化聚合物凝膠電解質的結構由如下化學式(I)表示
2.一種如權利要求1所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述製備方法通過聚(丙烯酸酯-亞甲基雙丙烯醯胺)/聚乙二醇P (A-BIS) /PEG聚合物與氧化還原對碘化物/I2混合，反應得到所述微枝化聚合物凝膠電解質。
3.如權利要求2所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，依次包括以下步驟(1)將丙烯酸酯類單體溶於溶劑中，將引發劑溶於溶劑中；向聚乙二醇、交聯劑N，N-亞甲基雙丙烯醯胺BIS和溶劑的混合物通入氮氣並升溫，再加入所述丙烯酸酯類單體和引發劑，反應得到的P (A-BIS)/PEG聚合物中P (A-BIS)的結構如化學式(II)所示；
4.如權利要求3所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2) 中P (A-BIS)/PEG聚合物碘化物/I2電解質溶液電解質添加劑的重量比為1 (2. 34、) (0 0· 25)。
5.如權利要求3所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1) 中的所述丙烯酸酯類單體是甲基丙烯酸甲酯MMA、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯BA、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸氟代庚酯、甲基丙烯酸氟代庚酯、甲基丙烯酸MAA、丙烯酸；所述溶劑是四氫呋喃THF、甲苯、乙酸乙酯；所述引發劑是偶氮二異丁腈、 過氧化二苯甲醯；所述混合物中還包括交聯劑N，N-亞甲基雙丙烯醯胺BIS。
6.如權利要求5所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述甲基丙烯酸甲酯MMA或丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯BA或甲基丙烯酸羥乙酯或丙烯酸羥丙酯或丙烯酸氟代庚酯或甲基丙烯酸氟代庚酯甲基丙烯酸MAA或丙烯酸交聯劑N，N-亞甲基雙丙烯醯胺BIS 引發劑聚乙二醇溶劑的質量比為1 (0. 062 0. 1) (0. 18、. 9) (0. 000077 0. 0031) :(0. 012 0. 031) :(0. 54 0. 86) :(1. 5 6. 2)。
7.如權利要求3所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2) 中碘化物/I2電解質溶液中碘化物12 溶劑的質量比為1 :0. 169 (12. 5^15)；所述碘化物是NaI、KI或LiI，所述溶劑是Y-丁內酯、N，N-二甲基甲醯胺，N-甲基吡咯烷酮。
8.如權利要求3所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2) 中電解質添加劑是吡啶PY、叔丁基吡啶TBP、異硫氰酸胍GuSCN。
9.如權利要求2所述微枝化聚合物凝膠電解質的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1) 完成後可進行精製步驟，將所述P (A-BIS) /PEG聚合物經旋幹溶劑後真空乾燥至恆重。
全文摘要
本發明屬於化學及其能源電池技術領域，涉及一種微枝化聚合物凝膠電解質及其製備方法。本發明微枝化聚合物凝膠電解質由化學式(I)的結構表示。本發明製備方法通過微枝化聚(丙烯酸酯-亞甲基雙丙烯醯胺)/聚乙二醇P(A-BIS)/PEG聚合物與氧化還原對碘化物/I2混合，反應得到所述微枝化聚合物凝膠電解質。本發明微枝化聚合物凝膠電解質易於封裝，電化學穩定性良好等優點，有望廣泛應用於太陽能電池的製備中。本發明製備方法具有路線簡單，操作條件溫和，產物提純步驟簡單，產率高等特點。
文檔編號H01L51/46GK102360951SQ201110165028
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者宋春梅, 常飛, 張亮, 王永光, 趙丹 申請人:華東師範大學