CN109830375B - 一种批量智能生产染料敏化电池的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及染料敏化电池智能生产领域，提出一种批量智能生产染料敏化电池的工艺。上述批量智能生产染料敏化电池的工艺，包括以下步骤：通过静电喷雾逐个制备TiO2光阳极，数据终端控制TiO2薄膜厚度；利用SiO2@CeO2核壳结构的纳米球制得光阳极辅助浆料，粘度由数据终端调节；将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极上，涂覆厚度由数据终端调节；经程序烘干隧道煅烧、间歇浸泡制得敏化光阳极；将敏化光阳极、对电极切割成长条；将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在两者之间加入电解液组装成染料敏化电池。上述工艺通过智能化控制生产中的各个环节，实现染料敏化太阳能电池的智能化生产，并通过静电喷雾技术提高电池性能。

Description

一种批量智能生产染料敏化电池的工艺
技术领域
本发明涉及染料敏化电池智能生产领域，具体而言，涉及一种批量智能生产染料敏化电池的工艺。
背景技术
染料敏化电池起源于20世纪90年代初，由含有介孔结构的TiO2纳米晶电极的染料敏化太阳能电池开始，得到长足发展。染料敏化电池的最大优势是光电的吸收和电荷的分离由不同的物质实现，其中，光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的光敏剂来实现，而电荷分离和传输是由半导体材料完成。并且，由于生产工艺简单、成本低，并且所有原料和生产工艺都是无毒、无污染的，对人类环境具有重大意义。因而染料敏化电池获得了广泛的关注。
但是染料敏化太阳能电池的大批量生产和智能生产工艺还较少，在生活中的使用还较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其通过智能化控制生产中的各个环节，实现染料敏化太阳能电池的智能化生产，并通过静电喷雾技术制得性能优异的染料敏化太阳能电池。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。
本发明提出一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为30-36nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备中按比例混合均匀制得质量浓度为3-5％的悬浊液，将悬浊液通过静电喷雾喷射到基板上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极，数据终端检测基板上形成设定厚度的TiO2薄膜后替换新的基板继续静电喷雾步骤；
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比后在批混设备均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，光阳极辅助浆料的粘度由数据终端自动采样、并通过混合时间调节粘度；
S3步骤：采用自动取料机根据设定质量称取光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机，采用涂覆机将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极上，涂覆厚度由数据终端自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡，涂覆后的纯薄膜光阳极放置在陶瓷容器中经传送装置传送至程序烘干隧道煅烧后制得复合光阳极，程序烘干隧道由数据终端程序控温，传送装置由数据终端控制且连续传送；
S4步骤：将复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站间歇浸泡20-36h制得敏化光阳极，浸泡时间由数据终端自动调节；
S5步骤：在自动切割系统将敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在敏化光阳极和对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
优选的，在上述S1步骤中，静电喷雾的条件为：雾化电压4.5-5KV，喷雾速度为1.0-1.5ml/h，碰嘴到基板的距离4.2-4.4cm。
优选的，在上述S1步骤中，基板设置在安装平台上，安装平台上设置有用于检测基板和TiO2薄膜的厚度传感器，厚度传感器与数据终端连接。
优选的，在上述S1步骤中，静电喷雾在喷雾装置中进行，喷雾装置包括与数据终端电连接的高压源和注射泵。
优选的，在上述S2步骤中，批混设备的搅拌装置上设置有与数据终端连接的粘度感应器，且搅拌装置的驱动机构与数据终端连接。
优选的，在上述S3步骤中，程序烘干隧道具有进口和出口，纯薄膜光阳极从进口传送至出口的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。
优选的，在上述S2步骤中，SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇的用量比为(3-3.2g)：(1-1.1g)：(12-14ml)。
本发明实施例的批量智能生产染料敏化电池的工艺的有益效果是：上述批量智能生产染料敏化电池的工艺通过智能化控制生产中的各个环节，实现染料敏化太阳能电池的智能化生产，并通过静电喷雾技术、SiO2@CeO2核壳结构的纳米球和含苯并噻二唑的吩噻嗪染料制得性能优异的染料敏化太阳能电池。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例批量智能生产染料敏化电池的工艺的工作原理图。
图中：110-混料设备；120-喷雾装置；191-基板；121-安装平台；122-厚度传感器；182-数据终端；123-高压源；124-注射泵；130-批混设备；131-粘度感应器；132-搅拌装置；133-驱动机构；140-自动取料机；150-涂覆机；164-陶瓷容器；160-程序烘干隧道；161-进口；162-出口；170-染色站；180-自动切割系统；181-自动包装系统；192-TiO2光阳极；193-纯薄膜光阳极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
CeO2具有与TiO2相匹配的能级结构，但是其具有弱的导电性，低的电子迁移率。SiO2是一种半导体材料，其具有优良的化学稳定性，高的导电性和反射红外线辐射。将CeO2与SiO2复合形成的SiO2@CeO2复合材料具有较高的电子迁移率，上述复合材料能够提高光阳极的电子传输速率，有利于电子有效传输到外电路，形成光电流。
在电子给体和π桥联基团之间插入缺电子基团(如：苯并噻二唑、喹喔啉、苯并三唑等)，可以构筑较高光电转化效率的“D-A-π-A”型染料分子。吩噻嗪由于其本身非平面的“蝴蝶型”结构能够有效的抑制染料分子间的自堆积从而获得较高的光电压，同时分子内的氮、硫杂原子的存在使其具有较强的给电子能力。以吩噻嗪为给电子基团，苯并噻二唑为辅助电子受体，合成的含苯并噻二唑的吩噻嗪染料具有较强的光电转换效率。
下面对本发明实施例的一种酸奶粉及其制备方法进行具体说明。
本发明提供了一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为30-36nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备中按比例混合均匀制得质量浓度为3-5％的悬浊液，将悬浊液通过静电喷雾喷射到基板上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极，数据终端检测基板上形成设定厚度的TiO2薄膜后替换新的基板继续静电喷雾步骤；
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述静电喷雾的条件为：雾化电压4.5-5KV，喷雾速度为1.0-1.5ml/h，碰嘴到基板的距离4.2-4.4cm。雾化电压为上述范围内时，能够形成稳定的喷雾状态，并且稳定的射流情况下液滴极小，小液滴的粒径基本保持不变，得到的薄膜状态比较稳定。上述碰嘴到基板的距离能够影响TiO2薄膜中TiO2的粒径和颗粒之间的距离，上述距离能够保证颗粒之间的距离和颗粒的形状协同效果比较好，并且较小的距离使得薄膜的密度大，能够有利于后续染料的吸附。上述距离下合成的薄膜可以兼顾电子在电极中的传输、颗粒和染料的吸附，得到的染料敏化电池性能较为优异。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述基板设置在安装平台上，安装平台上设置有用于检测基板和TiO2薄膜的厚度传感器，厚度传感器与数据终端连接。通过对薄膜厚度的检测可以使得制得的薄膜在某一个确定的厚度，提高产品的批次稳定性。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述静电喷雾在喷雾装置中进行，喷雾装置包括与数据终端电连接的高压源和注射泵。高压源和注射泵。高压源用于提供高压，并按照数据终端的电压指令工作。注射泵用来控制喷雾的速度，并且接受数据终端的指令。
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比后在批混设备均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，光阳极辅助浆料的粘度由数据终端自动采样、并通过混合时间调节粘度；
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述批混设备的搅拌装置上设置有与数据终端连接的粘度感应器，且搅拌装置的驱动机构与数据终端连接。通过粘度感应器反馈粘度数值，再通过数据终端控制驱动机构调整粘度，能够确保粘度的一致性，为产品的批量稳定性提供条件。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇的用量比为(3-3.2g)：(1-1.1g)：(12-14ml)。采用上述比例得到的光阳极辅助浆料性能优异。
S3步骤：采用自动取料机根据设定质量称取光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机，采用涂覆机将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极上，涂覆厚度由数据终端自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡，涂覆后的纯薄膜光阳极放置在陶瓷容器中经传送装置传送至程序烘干隧道煅烧后制得复合光阳极，程序烘干隧道由数据终端程序控温，传送装置由数据终端控制且连续传送；
进一步地，在本发明较佳实施例中，程序烘干隧道具有进口和出口，上述纯薄膜光阳极从进口传送至出口的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。纯薄膜光阳极以一定的速度经过程序烘干隧道的不同温度区间，可以间接的达到程序升温烧结的技术效果。
S4步骤：将复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站间歇浸泡20-36h制得敏化光阳极，浸泡时间由数据终端自动调节；
S5步骤：在自动切割系统将敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在敏化光阳极和对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
请参照图1批量智能生产染料敏化电池的工艺的工作原理图，本本实施例提供一种上述批量智能生产染料敏化电池的工艺，包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为30nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备110中按比例混合均匀制得质量浓度为5％的悬浊液。将上述悬浊液传送至喷雾装置120通过静电喷雾喷射到基板191上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极192。其中，静电喷雾的条件为：雾化电压4.5KV，喷雾速度为1.5ml/h，碰嘴到基板191的距离4.2cm。基板191设置在安装平台121上，安装平台121上设置有用于检测基板191和TiO2薄膜的厚度传感器122，厚度传感器122与数据终端182连接。数据终端182检测基板191上形成设定厚度的TiO2薄膜后，更换基板191设备更换新的基板191继续静电喷雾步骤，逐个对基板191进行喷雾。喷雾装置120包括与数据终端182电连接的高压源123和注射泵124。高压源123用于提供高压，并按照数据终端182的电压指令工作。注射泵124用来控制喷雾的速度，并且接受数据终端182的指令。
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比为3.2g：1g：14ml后在批混设备130均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，批混设备130的搅拌装置132上设置有与数据终端182连接的粘度感应器131，且搅拌装置132的驱动机构133与数据终端182连接。通过粘度感应器131自动采样反馈粘度数值，再通过数据终端182控制驱动机构133通过调整混合时间调节粘度，能够确保粘度的一致性，为产品的批量稳定性提供条件。
S3步骤：采用自动取料机140根据设定质量称取光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机150，采用涂覆机150将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极192上。涂覆厚度由数据终端182自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡。涂覆后的纯薄膜光阳极193放置在陶瓷容器164中经传送装置传送至程序烘干隧道160煅烧后制得复合光阳极。程序烘干隧道160由数据终端182程序控温，且程序烘干隧道160具有进口161和出口162，纯薄膜光阳极193从进口161传送至出口162的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。传送装置由数据终端182控制且连续传送纯薄膜光阳极193，纯薄膜光阳极193以一定的速度经过程序烘干隧道160的不同温度区间，可以间接的达到程序升温烧结的技术效果。
S4步骤：将复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站170间歇浸泡20h制得敏化光阳极，浸泡时间由数据终端182自动调节；
S5步骤：在自动切割系统180将敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统181将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在敏化光阳极和对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
实施例2
本实施例提供一种上述批量智能生产染料敏化电池的工艺，包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为36nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备110中按比例混合均匀制得质量浓度为3％的悬浊液。将上述悬浊液传送至喷雾装置120通过静电喷雾喷射到基板191上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极192。其中，静电喷雾的条件为：雾化电压5KV，喷雾速度为1.0ml/h，碰嘴到基板191的距离4.4cm。基板191设置在安装平台121上，安装平台121上设置有用于检测基板191和TiO2薄膜的厚度传感器122，厚度传感器122与数据终端182连接。数据终端182检测基板191上形成设定厚度的TiO2薄膜后，更换基板191设备更换新的基板191继续静电喷雾步骤，逐个对基板191进行喷雾。喷雾装置120包括与数据终端182电连接的高压源123和注射泵124。高压源123用于提供高压，并按照数据终端182的电压指令工作。注射泵124用来控制喷雾的速度，并且接受数据终端182的指令。
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比为3：1.1g：12ml后在批混设备130均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，批混设备130的搅拌装置132上设置有与数据终端182连接的粘度感应器131，且搅拌装置132的驱动机构133与数据终端182连接。通过粘度感应器131自动采样反馈粘度数值，再通过数据终端182控制驱动机构133通过调整混合时间调节粘度，能够确保粘度的一致性，为产品的批量稳定性提供条件。
S3步骤：采用自动取料机140根据设定质量称取光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机150，采用涂覆机150将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极192上。涂覆厚度由数据终端182自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡。涂覆后的纯薄膜光阳极193放置在陶瓷容器164中经传送装置传送至程序烘干隧道160煅烧后制得复合光阳极。程序烘干隧道160由数据终端182程序控温，且程序烘干隧道160具有进口161和出口162，纯薄膜光阳极193从进口161传送至出口162的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。传送装置由数据终端182控制且连续传送纯薄膜光阳极193，纯薄膜光阳极193以一定的速度经过程序烘干隧道160的不同温度区间，可以间接的达到程序升温烧结的技术效果。
S4步骤：将复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站170间歇浸泡36h制得敏化光阳极，浸泡时间由数据终端182自动调节；
S5步骤：在自动切割系统180将敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统181将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在敏化光阳极和对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
实施例3
本实施例提供一种上述批量智能生产染料敏化电池的工艺，包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为33nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备110中按比例混合均匀制得质量浓度为4％的悬浊液。将上述悬浊液传送至喷雾装置120通过静电喷雾喷射到基板191上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极192。其中，静电喷雾的条件为：雾化电压4.7KV，喷雾速度为1.2ml/h，碰嘴到基板191的距离4.3cm。基板191设置在安装平台121上，安装平台121上设置有用于检测基板191和TiO2薄膜的厚度传感器122，厚度传感器122与数据终端182连接。数据终端182检测基板191上形成设定厚度的TiO2薄膜后，更换基板191设备更换新的基板191继续静电喷雾步骤，逐个对基板191进行喷雾。喷雾装置120包括与数据终端182电连接的高压源123和注射泵124。高压源123用于提供高压，并按照数据终端182的电压指令工作。注射泵124用来控制喷雾的速度，并且接受数据终端182的指令。
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比为3.1：1.05g：13ml后在批混设备130均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，批混设备130的搅拌装置132上设置有与数据终端182连接的粘度感应器131，且搅拌装置132的驱动机构133与数据终端182连接。通过粘度感应器131自动采样反馈粘度数值，再通过数据终端182控制驱动机构133通过调整混合时间调节粘度，能够确保粘度的一致性，为产品的批量稳定性提供条件。
S3步骤：采用自动取料机140根据设定质量称取光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机150，采用涂覆机150将光阳极辅助浆料自动涂覆在TiO2光阳极192上。涂覆厚度由数据终端182自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡。涂覆后的纯薄膜光阳极193放置在陶瓷容器164中经传送装置传送至程序烘干隧道160煅烧后制得复合光阳极。程序烘干隧道160由数据终端182程序控温，且程序烘干隧道160具有进口161和出口162，纯薄膜光阳极193从进口161传送至出口162的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。传送装置由数据终端182控制且连续传送纯薄膜光阳极193，纯薄膜光阳极193以一定的速度经过程序烘干隧道160的不同温度区间，可以间接的达到程序升温烧结的技术效果。
S4步骤：将复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站170间歇浸泡28h制得敏化光阳极，浸泡时间由数据终端182自动调节；
S5步骤：在自动切割系统180将敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统181将敏化光阳极与对电极一一对称卷曲，并在敏化光阳极和对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
综上所述，本发明涉及一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其通过智能化控制生产中的各个环节，实现染料敏化太阳能电池的智能化生产，并通过静电喷雾技术、SiO2@CeO2核壳结构的纳米球和含苯并噻二唑的吩噻嗪染料制得性能优异的染料敏化太阳能电池。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1步骤：将粒径为30-36nm的TiO2粉末和乙醇在混料设备中按比例混合均匀制得质量浓度为3-5％的悬浊液，将所述悬浊液通过静电喷雾喷射到基板上制得具有TiO2薄膜的TiO2光阳极，数据终端检测所述基板上形成设定厚度的所述TiO2薄膜后替换新的基板继续所述静电喷雾步骤；
S2步骤：将SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、乙基纤维素和松油醇自动精确配比后在批混设备均匀混合直至形成粘稠的光阳极辅助浆料，所述光阳极辅助浆料的粘度由所述数据终端自动采样、并通过混合时间调节粘度；所述SiO2@CeO2核壳结构的纳米球、所述乙基纤维素和所述松油醇的用量比为(3-3.2g)：(1-1.1g)：(12-14ml)；
S3步骤：采用自动取料机根据设定质量称取所述光阳极辅助浆料，并传送至涂覆机，采用所述涂覆机将所述光阳极辅助浆料自动涂覆在所述TiO2光阳极上，涂覆厚度由所述数据终端自动采样和调节，保证涂覆厚度均衡，涂覆后的纯薄膜光阳极放置在陶瓷容器中经传送装置传送至程序烘干隧道煅烧后制得复合光阳极，所述程序烘干隧道由所述数据终端程序控温，所述传送装置由所述数据终端控制且连续传送；
S4步骤：将所述复合光阳极传送至盛有含苯并噻二唑的吩噻嗪染料的染色站间歇浸泡20-36h制得敏化光阳极，浸泡时间由所述数据终端自动调节；
S5步骤：在自动切割系统将所述敏化光阳极、对电极切割成长条；
S6步骤：在自动包装系统将所述敏化光阳极与所述对电极一一对称卷曲，并在所述敏化光阳极和所述对电极之间加入电解液后组装成染料敏化电池。
2.根据权利要求1所述的一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，S1步骤中，所述静电喷雾的条件为：雾化电压4.5-5KV，喷雾速度为1.0-1.5ml/h，碰嘴到基板的距离4.2-4.4cm。
3.根据权利要求2所述的一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，S1步骤中，所述基板设置在安装平台上，所述安装平台上设置有用于检测所述基板和所述TiO2薄膜的厚度传感器，所述厚度传感器与所述数据终端连接。
4.根据权利要求3所述的一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，S1步骤中，所述静电喷雾在喷雾装置中进行，所述喷雾装置包括与所述数据终端电连接的高压源和注射泵。
5.根据权利要求1所述的一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，S2步骤中，所述批混设备的搅拌装置上设置有与所述数据终端连接的粘度感应器，且所述搅拌装置的驱动机构与所述数据终端连接。
6.根据权利要求1所述的一种批量智能生产染料敏化电池的工艺，其特征在于，S3步骤中，所述程序烘干隧道具有进口和出口，所述纯薄膜光阳极从所述进口传送至所述出口的过程中依次经过200℃温度区段、300℃温度区段和450℃温度区段。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Yb,Er-doped CeO2 nanotubes as an assistant layer for photoconversion-enhanced dye-sensitized solar cells";Rongfang Zhao 等;《Journal of Power Sources》;20160923;第331卷;摘要，第527页左栏至第532页右栏 *
"含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用";潘彬 等;《化学学报》;20180315(第3期);摘要，第216页左栏至第219页右栏 *

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