CN101013766A - 一种准固态电解质及其制备方法与应用 - Google Patents
一种准固态电解质及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101013766A CN101013766A CN 200710064071 CN200710064071A CN101013766A CN 101013766 A CN101013766 A CN 101013766A CN 200710064071 CN200710064071 CN 200710064071 CN 200710064071 A CN200710064071 A CN 200710064071A CN 101013766 A CN101013766 A CN 101013766A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ethyl
- iodine
- methylimidazole
- stratiform
- iodide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title abstract description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- -1 alkyl imidazoles Chemical class 0.000 claims description 25
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 21
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCN1CN(C)C=C1 IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 19
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 19
- ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N guanidinium thiocyanate Chemical compound SC#N.NC(N)=N ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 15
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 15
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 9
- MQASTYLYFVNGGD-UHFFFAOYSA-N B(O)(O)O.N#CC#N Chemical class B(O)(O)O.N#CC#N MQASTYLYFVNGGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- LLTNLMDJCYJOOR-UHFFFAOYSA-N [I].C(C)N1CN(C=C1)C Chemical compound [I].C(C)N1CN(C=C1)C LLTNLMDJCYJOOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QYIJPFYCTROKTM-UHFFFAOYSA-N [Sn].P(O)(O)(O)=O Chemical compound [Sn].P(O)(O)(O)=O QYIJPFYCTROKTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 claims description 7
- BCGWQEUPMDMJNV-UHFFFAOYSA-N imipramine Chemical compound C1CC2=CC=CC=C2N(CCCN(C)C)C2=CC=CC=C21 BCGWQEUPMDMJNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229960004801 imipramine Drugs 0.000 claims description 7
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 7
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 7
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 claims description 7
- ALGZQMQWKPQOER-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methyl-2H-imidazole cyanocyanamide Chemical compound N#CNC#N.CCCCN1CN(C)C=C1 ALGZQMQWKPQOER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AFSJUFFXOPXIOH-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-1,2-dihydroimidazol-1-ium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound CC[NH+]1CN(C)C=C1.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F AFSJUFFXOPXIOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical class CCCCCCN1CN(C)C=C1 WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ARQKUPJDNMBTLN-UHFFFAOYSA-N [Br].CN1CN(C=C1)CCC Chemical compound [Br].CN1CN(C=C1)CCC ARQKUPJDNMBTLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GLMOMDXKLRBTDY-UHFFFAOYSA-A [V+5].[V+5].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [V+5].[V+5].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O GLMOMDXKLRBTDY-UHFFFAOYSA-A 0.000 claims description 6
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 6
- 150000001412 amines Chemical group 0.000 claims description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 6
- BLQJIBCZHWBKSL-UHFFFAOYSA-L magnesium iodide Chemical compound [Mg+2].[I-].[I-] BLQJIBCZHWBKSL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910001641 magnesium iodide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N pyridine Substances C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 6
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 claims description 6
- 239000012002 vanadium phosphate Substances 0.000 claims description 6
- LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H zinc phosphate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- 229910000165 zinc phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003791 organic solvent mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 3
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- GRHBQAYDJPGGLF-UHFFFAOYSA-N isothiocyanic acid Chemical compound N=C=S GRHBQAYDJPGGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 125000002346 iodo group Chemical group I* 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Substances [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- AYMDKQQFUZHWGX-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-1,2-dihydroimidazol-1-ium;thiocyanate Chemical compound [S-]C#N.CC[NH+]1CN(C)C=C1 AYMDKQQFUZHWGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940063013 borate ion Drugs 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种准固态电解质及其制备方法与应用。该准固态电解质包括离子液体、无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍等主体组分，可通过直接混合法或有机溶剂混合挥发法制备而成，其中离子液体为溶剂，其它组分的摩尔浓度分别为：无机层状材料0.001－10mol/L，单质碘0.01－1mol/L，碘化物0.01－10mol/L，光阳极配合剂0.01－1mol/L，异硫氰酸胍0.01－1mol/L。该电解质的制备工艺简单易行，制备的准固态电解质组分分布均匀、稳定性好，能显著提高染料敏化太阳能电池的长期稳定性和光电转换效率。本发明将在染料敏化太阳能电池的制备领域发挥重要作用，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及电解质及其制备方法与应用，特别是涉及一种准固态电解质及其制备方法与其在染料敏化太阳能电池中的应用。
背景技术
随着我国经济的持续高速发展，能源-资源-环境问题日趋突出，因此，发展绿色环保可再生能源显得非常迫切。太阳能作为用之不尽、取之不竭的绿色能源，成为世界各国大力发展利用的可再生能源形式。目前，太阳能光伏利用主要是硅基太阳能电池，虽然其转换效率高，但工艺复杂，价格昂贵，对材料纯度要求苛刻，因此，开发价格低廉、光电转换效率高的新型太阳能电池具有十分重要的意义。瑞士GratzeL研究小组于1991年首次发明了染料敏化太阳能电池，目前，这种小面积电池的转换效率已达11％(Gratzel M.“The advent of mesoscopic injection solar cells”Prog.Photovolt：Res.Appl.2006，14，429)。由于制备这种电池所用的主要材料来源丰富、电池制备工艺相对简单，因此，有望取代硅基太阳能电池。
目前，主要是用含I-/I3 -氧化还原对的乙腈溶液作为电解质，制备高性能染料敏化太阳能电池。但该液体电解质存在溶剂易挥发和易泄露的问题，因此电池在使用中的性能不稳定。要得到稳定的染料敏化太阳能电池，目前可以使用全固态电解质或者离子液体碘基电解质，但全固态电解质存在界面电子-空穴复合严重，电子扩散长度短，电解质不易填充到TiO2膜等问题；相比之下，离子液体碘基电解质具有热稳定，离子导电率高，电化学窗口宽和无毒等优点，既能克服液态电解质容易挥发和泄露的问题，又具有较高的离子导电率，因而成为染料敏化太阳能电池的重要发展方向。现有的离子液体碘基电解质唯一的不足之处是粘度较大(与液态电解质相比)，限制了I-/I3 -的扩散，因而目前的离子液体碘基电解质电池的转换效率稍低于液态电解质电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于制备染料敏化太阳能电池的准固态电解质。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种准固态电解质，其配方包括无机层状材料、离子液体、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍等主体组分，其中离子液体为溶剂，其它组分的摩尔浓度分别为：无机层状材料0.001-10mol/L，单质碘0.01-1mol/L，碘化物0.01-10mol/L，光阳极配合剂0.01-1mol/L，异硫氰酸胍0.01-1mol/L。
所述无机层状材料为各种层间距的层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土。
所述离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐或烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
所述碘化物可选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁等可溶性碘盐中的一种或两种混合物。
所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑。
本发明的第二个目的是提供一种制备上述准固态电解质的方法。
本发明所提供的上述准固态电解质的制备方法，是将无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍与离子液体直接混合均匀，得到含无机层状材料0.001-10mol/L，单质碘0.01-1mo1/L，碘化物0.01-10mol/L，光阳极配合剂0.01-1mol/L和异硫氰酸胍0.01-1mol/L的准固态电解质。
在上述制备方法中，所述无机层状材料可为各种层间距的层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土。
所述离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐或烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
所述碘化物可选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁等可溶性碘盐中的一种或两种混合物。
所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑。
本发明还提供了一种有机溶剂混合挥发工艺制备上述准固态电解质的方法。
本发明所提供的上述准固态电解质的制备方法，可包括以下步骤：
1)将无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍与有机溶剂混合均匀，使得混合液中各溶质的摩尔浓度分别为：无机层状材料2×10-5-1mol/L，单质碘2×10-4-0.1mol/L，碘化物2×10-4-1mol/L，光阳极配合剂2×10-4-0.1mol/L，异硫氰酸胍2×10-4-0.1mol/L；
2)将步骤1)获得的有机溶剂混合物与离子液体按体积比10-50∶1混合均匀；
3)将步骤2)获得的混合液进行超声处理，直至有机溶剂完全挥发掉，得到粘稠状的准固态电解质。
在上述制备方法中，所述步骤1)中的无机层状材料为各种层间距的层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土。
所述碘化物选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁等可溶性碘盐中的一种或两种混合物。
所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑。
所述有机溶剂的选择是广泛的，可为各种易挥发性溶剂，如乙腈、乙醇、丙酮、甲醇或异丙醇等。
所述步骤2)中的离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐或烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
本发明提供了一种准固态电解质。该电解质是以无机层状材料、离子液体、碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍为主体组分，采用直接混合或有机溶剂混合挥发法制备而成的凝胶状电解质。通过将无机层状材料与离子液体碘基电解质复合，层状材料的层状骨架不仅能为I-/I3 -提供自由扩散的通道，还提高了电荷在电极/电解质界面的迁移速率，从而可提高电池的光电转换效率。同时，无机层状固态材料的加入，还可以降低离子液体的流动性，促进离子液体的凝胶化，降低电池封装要求，甚至不需封装。此外，该电解质的制备工艺简单易行，制备的准固态电解质组分分布均匀、稳定性好，能显著提高染料敏化太阳能电池的长期稳定性和光电转换效率。本发明将在染料敏化太阳能电池的制备领域发挥重要作用，应用前景广阔。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1、准固态电解质的制备
用本发明的直接混合法制备准固态电解质：将0.0015mol单质碘、0.025mol 1-丙基-3-甲基咪唑碘、0.005mol N-甲基苯丙咪唑、0.001mol异硫氰酸胍加入到10mL 1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸离子液体中，混合均匀后加入0.00015mol的层状α-磷酸钛，得到粘稠状的准固态电解质。
经检测，该准固态电解质的电导率为16.1mS·cm-1，I3 -的表观扩散系数为3.9×10-5。
将上述准固态电解质组装成染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的光阳极为涂敷二氧化钛纳米晶的FTO导电玻璃，染料为N3、N719或K77，电解质为上述准固态电解质，对电极为镀铂的FTO导电玻璃。经检测，该用该电池可得到7.2％的光电转换效率。
实施例2、准固态电解质的制备
用本发明的有机溶剂混合挥发法制备准固态电解质，包括以下步骤：
1)将0.001mol单质碘、0.0005mol碘化锂、0.006mol 1-乙基-3-甲基咪唑碘、0.005mol四-叔丁基吡啶、0.001mol异硫氰酸胍和0.001mol的层状磷酸锡与100mL乙腈混匀；
2)将步骤1)获得的混合液与10mL 1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体混匀(有机混合液与离子液体的体积比为10∶1)；
3)将步骤2)获得的混合液进行超声热处理，直至乙腈完全挥发掉，得到粘稠状的准固态电解质。
经检测，该准固态电解质的电导率为14.5mS·cm-1，I3 -的表观扩散系数为3.3×10-5。
将上述准固态电解质组装成染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的光阳极为涂敷二氧化钛纳米晶的FTO导电玻璃，染料为N3、N719或K77，电解质为上述准固态电解质，对电极为镀铂的FTO导电玻璃。经检测，该用该电池可得到6.7％的光电转换效率。
实施例3、准固态电解质的制备
用本发明的有机溶剂混合挥发法制备准固态电解质，包括以下步骤：
1)将0.001mol单质碘、0.01mol碘化钠、0.01mol四-叔丁基吡啶、0.005mol异硫氰酸胍和5×10-5mol层状蒙脱土与300mL丙酮混匀；
2)将步骤1)获得的混合液与10mL 1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺离子液体混匀(混合液与离子液体的体积比为30∶1)；
3)将步骤2)获得的混合液进行超声热处理，直至丙酮完全挥发掉，得到粘稠状的准固态电解质。
经检测，该准固态电解质的电导率为12.3mS·cm-1，I3 -的表观扩散系数为2.1×10-5。
将上述准固态电解质组装成染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的光阳极为涂敷二氧化钛纳米晶的FTO导电玻璃，染料为N3、N719或K77，电解质为上述准固态电解质，对电极为镀铂的FTO导电玻璃。经检测，该用该电池可得到5.2％的光电转换效率。
实施例4、准固态电解质的制备
用本发明的有机溶剂混合挥发法制备准固态电解质，包括以下步骤：
1)将0.001mol单质碘、0.01mol碘化钾、0.005mol四-叔丁基吡啶、0.005mol异硫氰酸胍和0.05mol层状四钛酸钾与200mL无水乙醇混匀；
2)将步骤1)获得的混合液与10mL 1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸离子液体混合均匀(混合液与离子液体的体积比为20∶1)；
3)将步骤2)获得的混合液进行超声热处理，直至乙醇完全挥发掉，得到粘稠状的准固态电解质。
经检测，该准固态电解质的电导率为13.8mS·cm-1，I3 -的表观扩散系数为2.7×10-5。
将上述准固态电解质组装成染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的光阳极为涂敷二氧化钛纳米晶的FTO导电玻璃，染料为N3、N719或K77，电解质为上述准固态电解质，对电极为镀铂的FTO导电玻璃。经检测，该用该电池可得到5.8％的光电转换效率。
Claims (10)
1、一种准固态电解质，其配方包括离子液体、无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍，其中离子液体为溶剂，其它组分的摩尔浓度分别为：无机层状材料0.001-10mol/L，单质碘0.01-1mol/L，碘化物0.01-10mol/L，光阳极配合剂0.01-1mol/L，异硫氰酸胍0.01-1mol/L。
2、根据权利要求1所述的准固态电解质，其特征在于：所述无机层状材料为层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土；所述碘化物选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁中的一种或两种混合物；所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑。
3、根据权利要求1所述的准固态电解质，其特征在于：所述离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐、烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
4、一种制备权利要求1所述的准固态电解质的方法，是将无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍与离子液体直接混合均匀，得到含有无机层状材料0.001-10mol/L，单质碘0.01-1mol/L，碘化物0.01-10mol/L，光阳极配合剂0.01-1mol/L和异硫氰酸胍0.01-1mol/L的准固态电解质。
5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述无机层状材料为层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土；所述碘化物选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁中的一种或两种混合物；所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑；所述离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐、烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
6、一种制备权利要求1所述的准固态电解质的方法，包括以下步骤：
1)将无机层状材料、单质碘、碘化物、光阳极配合剂和异硫氰酸胍与有机溶剂混合均匀，使得混合液中各物质的摩尔浓度分别为：无机层状材料2×10-5-1mol/L，单质碘2×10-4-0.1mol/L，碘化物2×10-4-1mol/L，光阳极配合剂2×10-4-0.1mol/L，异硫氰酸胍2×10-4-0.1mol/L；
2)将步骤1)获得的有机溶剂混合物与离子液体按体积比10-50∶1混合均匀；
3)将步骤2)获得的混合液进行超声处理，直至有机溶剂完全挥发掉，得到粘稠状的准固态电解质。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的无机层状材料为层状磷酸钛、层状磷酸锡、层状磷酸铝、层状磷酸锌、层状磷酸钒、层状四钛酸钾、层状硅酸纳或层状蒙脱土；所述碘化物选自1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘以及碘化锂、碘化纳、碘化钾和碘化镁中的一种或两种混合物；所述光阳极配合剂为四-叔丁基吡啶或N-甲基苯丙咪唑。
8、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的有机溶剂为乙腈、乙醇、丙酮、甲醇或异丙醇。
9、根据权利要求6或7或8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的离子液体为由阳离子烷基咪唑、季胺盐、烷基吡啶分别和阴离子[(CF3SO2)2N]-、[N(CN)2]-、PF6 -、BF4 -、Br-或TFSI-形成的低熔点熔盐，如1-乙基-3-甲基咪唑四氰硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-甲基-3-丙基咪唑溴、1-甲基-3-丁基咪唑二氰基胺、1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
10、权利要求1或2或3所述的准固态电解质在制备染料敏化太阳能电池中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710064071 CN101013766A (zh) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | 一种准固态电解质及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710064071 CN101013766A (zh) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | 一种准固态电解质及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101013766A true CN101013766A (zh) | 2007-08-08 |
Family
ID=38701134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200710064071 Pending CN101013766A (zh) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | 一种准固态电解质及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101013766A (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101615513B (zh) * | 2009-07-17 | 2011-05-11 | 新奥科技发展有限公司 | 一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液 |
| CN101752090B (zh) * | 2009-12-30 | 2011-08-10 | 南京航空航天大学 | 聚离子液体基微孔准固态电解质制备方法与应用 |
| CN102568834A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 江苏德威新材料股份有限公司 | 一种用于染料敏化太阳电池的电解质及其制备方法 |
| CN102651280A (zh) * | 2011-02-25 | 2012-08-29 | 中国科学院化学研究所 | 离子液体电解质 |
| CN102980931A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-20 | 浙江大学 | 一种基于功能离子液体的全固态离子选择性电极及其制备方法 |
| CN103086976A (zh) * | 2011-10-28 | 2013-05-08 | 华瑞科学仪器(上海)有限公司 | 离子液体和含该离子液体的电流型氨气传感器 |
| CN103094616A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-08 | 江西优锂新材股份有限公司 | 一种电解液添加剂和含有该电解液添加剂的高电压电解液及锂离子电池 |
| CN104124067A (zh) * | 2013-04-28 | 2014-10-29 | 黑龙江中天恒基房地产开发集团有限公司 | 染料敏化太阳能电池离子电解质 |
| CN105023758A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-04 | 复旦大学 | 用于染料敏化太阳能电池的离子液体凝胶电解质及其制备方法 |
| CN108320911A (zh) * | 2018-02-15 | 2018-07-24 | 湖南辰砾新材料有限公司 | 一种染料敏化太阳能电池用凝胶电解质及其制备方法 |
| CN108335912A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-27 | 浙江夏远信息技术有限公司 | 一种染料敏化太阳能电池准固态电解质 |
| CN108475565A (zh) * | 2016-01-18 | 2018-08-31 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 离子传导体的制造方法 |
| CN109004270A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-14 | 南昌航空大学 | 一种壳聚糖季铵盐/离子液体凝胶型聚合电解质的制备方法 |
| CN111755736A (zh) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 广州大学 | 一种基于锆基柱撑黏土的锂电池固体电解质及其制备方法和应用 |
| WO2023078138A1 (zh) * | 2021-11-04 | 2023-05-11 | Tcl科技集团股份有限公司 | 一种光电器件及其制备方法、显示装置 |
-
2007
- 2007-02-26 CN CN 200710064071 patent/CN101013766A/zh active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101615513B (zh) * | 2009-07-17 | 2011-05-11 | 新奥科技发展有限公司 | 一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液 |
| CN101752090B (zh) * | 2009-12-30 | 2011-08-10 | 南京航空航天大学 | 聚离子液体基微孔准固态电解质制备方法与应用 |
| CN102651280A (zh) * | 2011-02-25 | 2012-08-29 | 中国科学院化学研究所 | 离子液体电解质 |
| CN102651280B (zh) * | 2011-02-25 | 2015-03-11 | 中国科学院化学研究所 | 离子液体电解质 |
| CN106749029A (zh) * | 2011-10-28 | 2017-05-31 | 华瑞科学仪器(上海)有限公司 | 离子液体和含该离子液体的电流型氨气传感器 |
| CN103086976A (zh) * | 2011-10-28 | 2013-05-08 | 华瑞科学仪器(上海)有限公司 | 离子液体和含该离子液体的电流型氨气传感器 |
| CN102568834A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 江苏德威新材料股份有限公司 | 一种用于染料敏化太阳电池的电解质及其制备方法 |
| CN102980931A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-20 | 浙江大学 | 一种基于功能离子液体的全固态离子选择性电极及其制备方法 |
| CN102980931B (zh) * | 2012-11-23 | 2014-12-31 | 浙江大学 | 一种基于功能离子液体的全固态离子选择性电极及其制备方法 |
| CN103094616A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-08 | 江西优锂新材股份有限公司 | 一种电解液添加剂和含有该电解液添加剂的高电压电解液及锂离子电池 |
| CN104124067A (zh) * | 2013-04-28 | 2014-10-29 | 黑龙江中天恒基房地产开发集团有限公司 | 染料敏化太阳能电池离子电解质 |
| CN105023758A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-04 | 复旦大学 | 用于染料敏化太阳能电池的离子液体凝胶电解质及其制备方法 |
| CN108475565A (zh) * | 2016-01-18 | 2018-08-31 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 离子传导体的制造方法 |
| CN108475565B (zh) * | 2016-01-18 | 2020-11-06 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 离子传导体的制造方法 |
| CN108335912A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-27 | 浙江夏远信息技术有限公司 | 一种染料敏化太阳能电池准固态电解质 |
| CN108320911A (zh) * | 2018-02-15 | 2018-07-24 | 湖南辰砾新材料有限公司 | 一种染料敏化太阳能电池用凝胶电解质及其制备方法 |
| CN108320911B (zh) * | 2018-02-15 | 2019-08-16 | 湖南辰砾新材料有限公司 | 一种染料敏化太阳能电池用凝胶电解质及其制备方法 |
| CN109004270A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-14 | 南昌航空大学 | 一种壳聚糖季铵盐/离子液体凝胶型聚合电解质的制备方法 |
| CN111755736A (zh) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 广州大学 | 一种基于锆基柱撑黏土的锂电池固体电解质及其制备方法和应用 |
| WO2023078138A1 (zh) * | 2021-11-04 | 2023-05-11 | Tcl科技集团股份有限公司 | 一种光电器件及其制备方法、显示装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101013766A (zh) | 一种准固态电解质及其制备方法与应用 | |
| CN100470685C (zh) | 准固态纳米复合凝胶电解质及其制作方法、应用 | |
| AU2011307222B2 (en) | Electrolyte formulations | |
| US9159499B2 (en) | Additives for dye-sensitized solar cells | |
| KR101348391B1 (ko) | 이미다졸륨염이 화학적으로 결합된 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지용 나노젤형 전해질 | |
| CN102194576A (zh) | 光电转换器件及其制造方法、电子设备 | |
| CN101630593B (zh) | 一种电解质溶液及其在染料敏化太阳能电池中的应用 | |
| JP5763677B2 (ja) | 電解質配合物 | |
| CN101901692A (zh) | 一种太阳能电池凝胶电解质及其制备方法和应用 | |
| Sarwar et al. | Transformation of a liquid electrolyte to a gel inside dye sensitized solar cells for better stability and performance | |
| CN100521247C (zh) | 一种复合碘基凝胶电解质及其制备方法 | |
| KR20100108237A (ko) | 광전 변환 소자용 조성물 및 이를 이용한 광전 변환 소자 | |
| CN102651280B (zh) | 离子液体电解质 | |
| JP4420645B2 (ja) | 低温型有機溶融塩、光電変換素子及び光電池 | |
| CN101261889B (zh) | 用于染料敏化太阳能电池的胍盐离子液体复合电解质及其制备方法 | |
| KR101532421B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 준고체 전해질 및 그 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 | |
| Vijayakumar et al. | New liquid crystal-embedded PVdF-co-HFP-based polymer electrolytes for dye-sensitized solar cell applications | |
| CN101615513B (zh) | 一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液 | |
| US20150213964A1 (en) | Electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell including the same | |
| JP2012104427A (ja) | 電解質組成物及びそれを用いた色素増感太陽電池 | |
| CN102360952B (zh) | 一种染料敏化纳米晶太阳能电池用凝胶电解质 | |
| CN102426920A (zh) | 一种太阳能电池电解质及其制备方法和应用 | |
| CN103779100B (zh) | 离子/空穴双传输通道分子有机导体复合电解质及其制备方法与应用 | |
| CN101740224B (zh) | 形成离子液体结晶体系的染料敏化太阳能电池的制备方法 | |
| KR101089380B1 (ko) | 실릴프로피오나이트릴이 결합된 나노실리카를 포함하는 염료감응 태양전지용 나노젤형 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |