CN106098391A - 一种天然准固态电解质光敏燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然准固态电解质光敏燃料的制备方法，属于燃料电解质制备技术领域。针对目前液体电解质极性强、粘度低，很容易挥发和泄漏，而固态电解质传输效率较低，无法满足太阳能电池对电解质的需求的问题，提供了一种通过将天然田箐胶与高碘酸钾搅拌混合制备得交联田箐胶，随后通过天然凝胶电解质进行交联制备准固态电解质光敏燃料，通过降低电解质流动性，降低电解质的溶剂挥发，改善封装稳定性，本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料组装的DSSC太阳能电池传输效率高，光电转化效率高达0.085%，且原料易得，绿色环保无污染。

Description

一种天然准固态电解质光敏燃料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种天然准固态电解质光敏燃料的制备方法，属于燃料电解质制备技术领域。
背景技术
燃料电池已有200年左右的历史，按照不同的分类标准有不同的分类。常用的分类方法如下：（1）低温(温度<100℃，压力<satm)燃料电池。主要是氢-氧燃料电池。这类电池的关键问题是:电极的制作、设计、电解液及生成水的管理,一般系统中都需要辅助设备。（2）中温(温度在100一500℃之间)燃料电池相对低温燃料电池,中温燃料电池工作在较大的压力下,电解质主要采用水溶液。增大压力的目的是:使电解质在温度升高的情况下维持液态,防止碱性电解液的溶剂损耗,显然其设计和制造就比较复杂。（3）高温(温度在500℃以上)燃料电池主要有熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)。由于温度很高,这类系统中的辅助设备很复杂(如泵、加热器、冷凝器等)。因此应用的范围也受到一定的限制。
液体电解质具有扩散速率快、组成成分易于设计和调节、电池光电转换效率高以及对纳米TiO2多孔薄膜浸润好等优点，而一直作为DSSC有效的空穴传输材料。由于由无机盐和碘溶于强极性、低粘度的有机溶剂组成的液体电解质对纳米多孔膜的渗透性好，氧化还原电对扩散快等优点，染料敏化太阳能电池光电转换效率的最高记录都是在基于有机溶剂电解质，特别是高挥发性有机溶剂电解质的太阳电池中获得的。但这些有机溶剂极性强、粘度低，很容易挥发和泄漏，导致DSSC不稳定。而固态电解质传输效率较低，无法满足太阳能电池对电解质的需求，所以制备一种准固态电解质很有必要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前液体电解质极性强、粘度低，很容易挥发和泄漏，而固态电解质传输效率较低，无法满足太阳能电池对电解质的需求的问题，提供了一种通过将天然田箐胶与高碘酸钾搅拌混合制备得交联田箐胶，随后通过天然凝胶电解质进行交联制备准固态电解质光敏燃料，通过降低电解质流动性，降低电解质的溶剂挥发，改善封装稳定性，有效解决了液体电解质极性强、粘度低，很容易挥发和泄漏，而固态电解质传输效率较低，无法满足太阳能电池对电解质的需求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在65～70℃下水浴加热10～15min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热25～30min，制备得田箐胶乳液；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、15～20份田箐胶乳液、5～10份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在65～70℃下水浴加热1～2h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤3～5次，在65～80℃下干燥6～8h，制备得交联田箐胶；
（3）按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量45～50份交联田箐胶分散液、3～5份碳酸丙烯酯、25～30份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于70～75℃下水浴加热2～3h；
（4）待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理10～15min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化6～8h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
本发明的使用方法是：将上述制备的天然准固态电解质裁剪后，将其置于正负电极之间，形成三明治结构的DSSC，随后将其压实制备得DSSC太阳能电池，本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料传输效率较高，制备的DSSC太阳能电池光电转化效率可达0.085%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料组装的DSSC太阳能电池传输效率高，光电转化效率高达0.085%；
（2）本发明原料易得，绿色环保无污染。
具体实施方式
首先按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在65～70℃下水浴加热10～15min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热25～30min，制备得田箐胶乳液；按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、15～20份田箐胶乳液、5～10份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在65～70℃下水浴加热1～2h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤3～5次，在65～80℃下干燥6～8h，制备得交联田箐胶；按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量45～50份交联田箐胶分散液、3～5份碳酸丙烯酯、25～30份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于70～75℃下水浴加热2～3h；待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理10～15min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化6～8h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
实例1
首先按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在65℃下水浴加热10min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热25min，制备得田箐胶乳液；按重量份数计，分别称量45份无水乙醇、15份田箐胶乳液、5份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在65℃下水浴加热1h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤3次，在65℃下干燥6h，制备得交联田箐胶；按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在200W下超声分散10min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量45份交联田箐胶分散液、3份碳酸丙烯酯、25份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于70℃下水浴加热2h；待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在65℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在200W下超声振荡处理10min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在65℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化6h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
将上述制备的天然准固态电解质裁剪后，将其置于正负电极之间，形成三明治结构的DSSC，随后将其压实制备得DSSC太阳能电池，本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料传输效率较高，制备的DSSC太阳能电池光电转化效率可达0.085%。
实例2
首先按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在67℃下水浴加热12min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热27min，制备得田箐胶乳液；按重量份数计，分别称量47份无水乙醇、17份田箐胶乳液、8份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在67℃下水浴加热2h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤4次，在72℃下干燥7h，制备得交联田箐胶；按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在250W下超声分散12min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量47份交联田箐胶分散液、4份碳酸丙烯酯、27份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于72℃下水浴加热2h；待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在67℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在250W下超声振荡处理12min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在67℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化7h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
将上述制备的天然准固态电解质裁剪后，将其置于正负电极之间，形成三明治结构的DSSC，随后将其压实制备得DSSC太阳能电池，本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料传输效率较高，制备的DSSC太阳能电池光电转化效率可达0.085%。
实例3
首先按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在67℃下水浴加热12min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热27min，制备得田箐胶乳液；按重量份数计，分别称量47份无水乙醇、17份田箐胶乳液、8份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在67℃下水浴加热2h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤5次，在80℃下干燥8h，制备得交联田箐胶；按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在300W下超声分散15min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量50份交联田箐胶分散液、5份碳酸丙烯酯、30份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于75℃下水浴加热3h；待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在300W下超声振荡处理15min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在70℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化8h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
将上述制备的天然准固态电解质裁剪后，将其置于正负电极之间，形成三明治结构的DSSC，随后将其压实制备得DSSC太阳能电池，本发明制备的天然准固态电解质光敏燃料传输效率较高，制备的DSSC太阳能电池光电转化效率可达0.085%。

Claims (1)

1.一种天然准固态电解质光敏燃料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1:5，将田箐胶与无水乙醇搅拌混合，在65～70℃下水浴加热10～15min，随后用质量浓度15%盐酸溶液调节pH至6.0，随后保温加热25～30min，制备得田箐胶乳液；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、15～20份田箐胶乳液、5～10份质量浓度10%高碘酸钾溶液置于三口烧杯中，搅拌混合并滴加质量浓度15%盐酸溶液至pH至5.5后，在65～70℃下水浴加热1～2h，随后停止加热静置冷却至室温，过滤并收集滤饼，用无水乙醇洗涤3～5次，在65～80℃下干燥6～8h，制备得交联田箐胶；
（3）按质量比1:4，将交联田箐胶与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，制备得交联田箐胶分散液，随后按重量份数计，分别称量45～50份交联田箐胶分散液、3～5份碳酸丙烯酯、25～30份聚偏氯乙烯置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于70～75℃下水浴加热2～3h；
（4）待水浴加热完成后，停止加热并静置冷却至室温，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，制备得电解质凝胶，随后按质量比1:5，将纳米氧化锌颗粒与无水乙醇搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理10～15min，制备得氧化锌分散液，再按体积比1:5，将电解质凝胶与氧化锌分散液搅拌混合，在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/8，随后静置陈化6～8h，即可制备得一种天然准固态电解质光敏燃料。
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