CN102903525B - 一种用于全固态电储能器件的正电荷储能材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于全固态电储能器件的正电荷储能材料，主要是具有高的正电荷迁移率的三芳胺类及其衍生物的有机小分子或其聚合物。通过使用引入取代基团的三芳胺类物质或者低聚物或聚合的三芳胺，可以提高玻璃化温度，提高成膜性、机械性能，从而提高其工作效率。本发明将这类正电荷储能材料用于全固态电储能器件，可使其具有高的能量密度和功率密度，而且具有充电时间短，放电稳定，安全性高的优点。

Description

一种用于全固态电储能器件的正电荷储能材料
发明领域
本发明涉及一种储能技术材料，特别是可用于一种全固态电储能器件的正电荷储能材料。
背景技术
能源是国民经济发展和人民生活赖以生存的物质基础。工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，因此可再生能源与新能源，特别是风能、水电、太阳能和生物质能的发展，成为世界各国可持续发展过程研究的重要内容。储能产业是伴随着新能源产业和现代电力系统的发展而逐渐发展起来的，各国都大力开发新型储能设备。美国将存储技术作为新能源的最优化配置的一个选择策略，能源储存技术不仅仅对任何特定资源不可替代，更是一个有价值的，用以衔接所有资源的节点。传统的储能材料如铅酸电池、锂离子电池、或超级电容器技术在储能领域发挥了重要的作用。但是用化学能的形态来储能，需要能量的转化，这势必会产生转换效率和时间之后的问题，导致其功率密度较低。又因为电池使用寿命有限，导致维护费用高。另一方面，电容器具有较高的输出功率密度，即放电过程能在很短的时间内完成；但是其能量密度较低，导致放电持续时间短。超级电容器虽然大幅提高了能量密度，具有充放电速度快，寿命长的特点，但是超级电容的能量密度仍远小于锂电池，这限制了超级电容器在储能领域的应用。同时，由于仍然使用液态电解质，这种电容器同样存在电解质渗漏等安全隐患。一种既有较高的能量密度，又有大功率密度的新型固态储能器件(201210376840.9)提出了利用电荷和电子存储材料进行能量储存，对于储能技术具有及其重要的意义，有助于提高可再生能源的利用效率。
发明内容
本发明针对一种全固态电储能器件，提出一种正电荷储能材料，拓展正电荷储能材料的选择范围。
本发明的正电荷储能材料为三芳胺类的有机小分子或取代修饰的三芳胺类的衍生物或三芳胺的低聚体或聚合的三芳胺类的衍生物中的一种或几种的混合物。
所述的三芳胺类的有机小分子，其芳香胺化合物上N原子具有很强的给电子能力，表现出很好的电正性；同时，这类材料具有很好的共轭结构，有利于正电荷迁移，因此，这类化合物一般都具有很高的正电荷迁移率，其结构为以下的其中一种；
(称为TPD)(称为NPD)
(称为m-MTDATA)(称为TDATA)
(称为O-MTDATA)(称为p-MTDATA)
所述的取代修饰的三芳胺类的衍生物，引入了可以降低分子对称性的取代基，增加了分子的构象异构体数目，从而改变分子的聚集方式，有效地防止分子结晶趋势，提高分子的成膜性以及薄膜的热稳定性，其结构为以下的其中一种；
(称为P-，M-，O-TTA)(称为P-，M-，O-BPD)
(称为O-，M-，P-ClTDAB)(称为O-，M-，P-BrTDAB)
(称为ISB)(称为IDB)
所述的三芳胺的低聚体，可以提高玻璃化温度，从而可以提高正电荷迁移率，其结构为以下的其中一种；
(称为TPTR)
(称为TPTE)
(称为TPPE)
〔称为TPTE(s)〕
所述的聚合的三芳胺类的衍生物，可以提高成膜性和机械性能，其结构为以下的其中一种。
(称为A)
(称为B)
(称为C)
(称为D)
所述的三芳胺类的衍生物，其合成方法采用的是乌尔曼反应，由相应的二芳胺与碘代芳烃在氯化亚铜，邻菲啰啉，氢氧化钾和相转移催化剂的作用下反应，反应一般以甲苯为溶剂，在氩气保护下加热回流进行反应，然后经分离、脱色、纯化得到。
具体实施方式
实施例1
采用真空蒸镀技术在金属铝表面(阴极)制备一层面积为10×10cm2，厚度为300nm的三(8-羟基喹啉)铝，然后在其表面旋涂一层厚度为10μm的聚酰亚胺。最后在聚酰亚胺表面旋涂一层厚度为550nm的TPD。干燥固化后，在TPD表面真空蒸镀一层100nm的金属铝后，即得到本发明所述的全固态电储能器件。测试表明，该电荷储能材料用于全固态电储能器件，在5min内完成充电，能量密度为480Wh/kg，功率密度8.5kW/kg。
实施例2
采用真空蒸镀技术在金属铜表面依次蒸镀面积为10×10cm2，厚度为500nm的三(8-羟基喹啉)铝，然后在其表面旋涂一层厚度为10μm的聚酰亚胺，最后在聚酰亚胺表面旋涂一层厚度为800nm的TDATA。干燥固化后，在TDATA表面真空蒸镀一层厚度为100nm的金属铜，即得到本发明所述的全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在3min内完成充电，能量密度为512Wh/kg，功率密度为8.9kW/kg。
实施例3
采用真空蒸镀技术在金属铝表面制备一层面积为10×10cm2，厚度为1μm的三(8-羟基喹啉)铝，然后在其表面旋涂一层厚度为10μm的聚二甲基硅氧烷。最后在聚二甲基硅氧烷层表面旋涂一层厚度为1.5μm的TPTR。干燥固化后，在TRPR表面真空蒸镀一层100nm厚的金属铝，即得到本发明所述的全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在2.5min内完成充电，能量密度为495Wh/kg，功率密度9.0kW/kg。
实施例4
采用真空蒸镀技术在酚醛树脂片表面依次蒸镀面积为10×10cm2，厚度为100nm的金属铜，厚度为4μm的三(8-羟基喹啉)铝，然后在其表面旋涂一层厚度为5μm的聚二甲基硅氧烷。最后在聚二甲基硅氧烷层表面旋涂一层厚度为4μm聚合的三芳胺A。干燥固化后，在A表面真空蒸镀一层100nm厚的金属铜，即得到本发明所述的全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在6min内完成充电，能量密度为450Wh/kg，功率密度为8.4kW/kg。

Claims (1)

1.一种用于全固态电储能器件的正电荷储能材料，其特征在于正电荷储能材料为取代修饰的三芳胺类的衍生物，
所述的取代修饰的三芳胺类的衍生物为
中的一种。
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