CN103337365B - 凝胶电解质及其制备方法、染料敏化电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种凝胶电解质及其制备方法、含该凝胶电解质的染料敏化电池，属于太阳能电池技术领域，其可解决现有染料敏化电池用电解质易挥发、性质不稳定或导电效率低的问题。本发明的凝胶电解质包括作为溶剂的聚碳酸酯和胶凝剂。本发明的有机导电膜层具有电导率高、性质稳定、方便染料敏化电池电解液在高温时以液态方式注入，在常温时封装的特点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种凝胶电解质及其制备方法、含该凝胶电解质的染料敏化电池。
背景技术
由于全球性能源危机日益严重，人类迫切希望找到一种可持续发展的绿色能源。太阳能作为一种取之不尽的天然能源，成为人们的重要选择之一。染料敏化电池作为新型电池，与传统电池比较，具有成本低廉、绿色环保、制作简单的优势。
染料敏化电池主要由以下几个部分组成：导电基底层、纳米二氧化钛膜层、染料敏化层、电解质和光阴极。由于在常规染料敏化电池中采用液态电解质，存在稳定性差、封装困难、易泄露挥发等问题，造成电池寿命缩短，电池实用性降低，影响染料敏化电池的产业化进程。而部分电池采用固态电解质，由于其导电率较低，电解质与二氧化钛膜层接触面积小，固态电解质不能向膜层内小孔充分渗透，导致采用固态电解质的染料敏化电池的光电转化效率普遍偏低。因此，寻找一种导电率高、性质稳定，不易挥发，且利于封装的凝胶电解质材料是推进染料敏化太阳能电池广泛应用的重要发展方向。
发明内容
本发明的目的是解决现有的染料敏化电池用电解质易挥发、性质不稳定或导电效率低的问题，提供一种导电效率高、性质稳定、不易挥发的凝胶电解质。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种凝胶电解质，包括：作为溶剂的聚碳酸酯和胶凝剂。
本发明通过胶凝剂和溶剂混合反应获得的凝胶电解质具有下述优点：
1.电导率高，凝胶电解质的电导率在2.0-4.0mS·cm-1。
2.性质稳定，与二氧化钛膜层接触面积大，低于50℃为固态，不挥发，50-100℃为液态，但由于聚碳酸酯和聚乙二醇的凝胶作用，也不易挥发；同时，方便染料敏化电池电解液在高温时以液态方式注入，在常温时封装。
优选的是，所述的胶凝剂为聚乙二醇5000、聚乙二醇10000、聚乙二醇20000中的任意一种。
优选的是，所述的凝胶电解质还包括物质的量浓度为0.01-0.1mol/L的I3 -和物质的量浓度为0.01-0.1mol/L的I-。
本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的凝胶电解质制备方法制备的凝胶电解质易挥发、性质不稳定或导电效率低的问题，提供一种具有导电效率高、性质稳定、不易挥发的凝胶电解质的制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种凝胶电解质制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液搅拌，同时加入胶凝剂，形成粘稠混合物；
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中反应，制得凝胶电解质。
优选的是，在所述的溶解步骤中，所述的单质碘与碘化钾的质量比为1︰（1-20）；
溶液中I3 -的物质的量浓度为0.01-0.1mol/L，I-的物质的量浓度为0.01-0.1mol/L。
优选的是，在所述的混合步骤中，溶液在80-120℃下，搅拌12-36h；溶剂与胶凝剂的质量比为1︰（0.25-1）。
优选的是，在所述的反应步骤中，反应釜中的反应条件为在150-230℃下，反应5-20h。
本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的染料敏化电池的凝胶电解质易挥发、性质不稳定或导电效率低的问题，提供一种具有导电效率高、性质稳定、不易挥发的凝胶电解质的染料敏化电池。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种染料敏化电池，其电解质上述的凝胶电解质。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的凝胶电解质在不同温度下的状态图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种凝胶电解质及其制备方法。
该有机导电膜层的制备方法，包括以下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
按单质碘与碘化钾的质量比为1︰1取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；其中，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.1mol/L，I-的物质的量浓度为0.01mol/L。
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液在80℃下，搅拌12h，搅拌的同时加入胶凝剂聚乙二醇5000形成粘稠混合物；其中，溶剂与胶凝剂的质量比为1︰0.25。
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中，在200℃下，反应5h制得凝胶电解质。
本实施例制备的凝胶电解质在不同的温度下状态见图1，可见，在低温下（15-40℃）是固态，不挥发，在高温下（50-100℃）为液态，但由于聚碳酸酯和聚乙二醇的凝胶作用，也不易挥发；同时，方便染料敏化电池电解液在高温时以液态方式注入，在常温时封装。
另外，二氧化钛膜层接触面积大、电导率高，凝胶电解质的电导率在4.0mS·cm-1。
实施例2
本实施例提供一种凝胶电解质及其制备方法。
该有机导电膜层的制备方法，包括以下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
按单质碘与碘化钾的质量比为1︰10取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；其中，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.01mol/L，I-的物质的量浓度为0.1mol/L。
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液在120℃下，搅拌20h，搅拌的同时加入胶凝剂聚乙二醇10000，形成粘稠混合物；其中，溶剂与胶凝剂的质量比为1︰0.5。
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中，在150℃下，反应20h制得凝胶电解质。
实施例3
本实施例提供一种凝胶电解质及其制备方法。
该有机导电膜层的制备方法，包括以下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
按单质碘与碘化钾的质量比为1︰5取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；其中，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.05mol/L，I-的物质的量浓度为0.07mol/L。
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液在100℃下，搅拌36h，搅拌的同时加入胶凝剂聚乙二醇20000，形成粘稠混合物；其中，溶剂与胶凝剂的质量比为1︰0.8。
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中，在180℃下，反应10h制得凝胶电解质。
实施例4
本实施例提供一种凝胶电解质及其制备方法。
该有机导电膜层的制备方法，包括以下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
按单质碘与碘化钾的质量比为1︰15取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；其中，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.07mol/L，I-的物质的量浓度为0.05mol/L。
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液在90℃下，搅拌30h，搅拌的同时加入胶凝剂聚乙二醇20000，形成粘稠混合物；其中，溶剂与胶凝剂的质量比为1︰1。
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中，在230℃下，反应15h制得凝胶电解质。
实施例5
本实施例提供一种凝胶电解质及其制备方法。
该有机导电膜层的制备方法，包括以下步骤：
1）溶质溶解于溶剂的步骤
按单质碘与碘化钾的质量比为1︰20取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液；其中，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.09mol/L，I-的物质的量浓度为0.09mol/L。
2）混合步骤
将步骤1）所述的溶液在110℃下，搅拌25h，搅拌的同时加入胶凝剂聚乙二醇10000，形成粘稠混合物；其中，溶剂与胶凝剂的质量比为1︰0.7。
3）反应步骤
将步骤2）所述的粘稠混合物加入反应釜中，在220℃下，反应18h制得凝胶电解质。
本发明制备的凝胶电解质具有下述优点：
1.电导率高，凝胶电解质的电导率在2.0-4.0mS·cm-1。
2.性质稳定，与二氧化钛膜层接触面积大，低于50℃为固态，不挥发，50-100℃为液态，但由于聚碳酸酯和聚乙二醇的凝胶作用，也不易挥发；同时，方便染料敏化电池电解液在高温时以液态方式注入，在常温时封装。
实施例6
本实施例提供一种电解质为上述凝胶电解质的染料敏化电池，当然该染料敏化电池还包括其它必要的组件，例如，电基底层、纳米二氧化钛膜层、染料敏化层、光阴极等，这里不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种染料敏化电池电解液用凝胶电解质，其特征在于，所述的凝胶电解质包括：作为溶剂的聚碳酸酯和胶凝剂，所述的凝胶电解质还包括物质的量浓度为0.01-0.1mol/L的I3 -和物质的量浓度为0.01-0.1mol/L的I-，所述电解质低于50℃为固态，50-100℃为液态。
2.如权利要求1所述的染料敏化电池电解液用凝胶电解质，其特征在于，所述的胶凝剂为聚乙二醇5000、聚乙二醇10000、聚乙二醇20000中的任意一种。
3.一种如权利要求1-2任一所述的染料敏化电池电解液用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)溶质溶解于溶剂的步骤
取作为溶质的单质碘和碘化钾，溶解于作为溶剂的聚碳酸酯中制成溶液，溶液中I3 -的物质的量浓度为0.01-0.1mol/L，I-的物质的量浓度为0.01-0.1mol/L；
2)混合步骤
将步骤1)所述的溶液搅拌，同时加入胶凝剂，形成粘稠混合物；
3)反应步骤
将步骤2)所述的粘稠混合物加入反应釜中反应，制得凝胶电解质。
4.如权利要求3所述的染料敏化电池电解液用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，在所述的溶解步骤中，所述的单质碘与碘化钾的质量比为1：(1-20)。
5.如权利要求3所述的染料敏化电池电解液用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，在所述的混合步骤中，溶液在80-120℃ 下，搅拌12-36h；溶剂与胶凝剂的质量比为1：(0.25-1)。
6.如权利要求3所述的染料敏化电池电解液用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，在所述的反应步骤中，反应釜中的反应条件为在150-230℃下，反应5-20h。
7.一种染料敏化电池，其特征在于，其电解质为权利要求1-2任一所述的凝胶电解质。
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