CN114566389B - 织物基底的光阳极制备方法及光电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种织物基底的光阳极制备方法，包括：在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底；将所述织物基底清洗后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干；然后在400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。本申请通过在涤纶织物上镀铜镍涂层，使得光阳极在具备一定柔韧性的同时，具有了更高的光转化效率。
Description
技术领域
本申请请求保护一种可穿戴电池技术，尤其涉及一种织物基底的光阳极制备方法。本申请还涉及一种光电池。
背景技术
当前，染料敏化技术已经相对成熟，通过染料敏化制作的薄膜电池应用范围广阔，在设备的小型化中具有巨大优势。
现有技术中，以硬质平面为基础制造的染料敏化电池，存在应用场景受限的问题，而全柔平面的染料敏化电池转化效率不高，因此染料敏化电池的应用范围相当受限，无法同时兼顾转化效率和应用场景。
发明内容
本申请提供一种织物基底的光阳极制备方法以及一种光电池以解决现有技术中染料敏化电池转化效率和应用场景无法同时兼顾的问题。
本申请提供一种织物基底的光阳极制备方法，包括：
在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底；
将所述织物基底清洗晾干后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干；
然后在400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。
可选的，所述阳极浆料的制备步骤如下：
将聚乙烯吡咯烷酮放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液1；
将冰醋酸和钛酸四丁酯放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液2；
将乙酸锌放入DMF中，经过溶解、超声处理以及恒温搅拌获得溶液3；
将所述溶液1、溶液2和溶液3混合并恒温搅拌获得均相纺丝液；
将所述均相纺丝液通过均匀覆盖在剥离纸上得到静电纺丝纤维膜；
所述静电纺丝纤维膜经过干燥后，以恒定速率升温至600℃，保温4小时获得复合纳米纤维膜；
将所述复合纳米纤维膜与乙基纤维素、松油醇和酒精搅拌均匀得到所述阳极浆料。
可选的，所述均相纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比包括8％。
可选的，所述复合纳米纤维膜中，ZnO：TiO2的摩尔比例包括＝1:2。
可选的，所述恒定速率包括5℃/min。
可选的，所述铜镍涂层厚度包括90μm。
本申请还提供一种光电池，包括：上述方法制备的织物基底的光阳极、对电极和电解质；
将所述纺织基底的光阳极与所述对电极错位叠置在一起，中间放置无纺布吸附所述电解液；
将沙林膜放置在所述纺织基底的光阳极与所述对电极之间，露出所述纺织基底的光阳极部分。
可选的，所述对电极以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基底，以氧化铟锡薄膜(ITO)为导电层；
在所述氧化铟锡薄膜导电层上沿同一方向涂抹石墨形成导电碳层。
可选的，所述电解液由摩尔比为1：10：0.1的碘化锂(LiI)，高氯酸锂(LiClO4)和碘(I2)溶解于乙腈溶液中制得。
本申请还提供一种智能服装，包括：在服装上装配有权利要求7～9所述光电池。
本申请相较于现有技术的优点是：
本申请提供一种织物基底的光阳极制备方法，包括：在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底；将所述织物基底清洗后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干；然后在400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。本申请通过在涤纶织物上镀铜镍涂层，使得光阳极在具备一定柔韧性的同时，具有了更高的电磁性能，提高光转化效率。
附图说明
图1是本申请中织物基底的光阳极制备流程图。
图2是本申请中光电池的光转化示意图。
具体实施方式
以下内容均是为了详细说明本申请要保护的技术方案所提供的具体实施过程的示例，但是本申请还可以采用不同于此的描述的其他方式实施，本领域技术人员可以在本申请构思的指引下，采用不同的技术手段实现本申请，因此本申请不受下面具体实施例的限制。
本申请提供一种织物基底的光阳极制备方法，包括：在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底；将所述织物基底清洗后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干；然后在400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。本申请通过在涤纶织物上镀铜镍涂层，使得光阳极在具备一定柔韧性的同时，具有了更高的电磁性能，提高光转化效率。
图1是本申请中织物基底的光阳极制备流程图。
请参照图1所示，S101在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底。
所示涤纶是一种合成纤维，具有良好的定型性能，同时具有弹性好、不易变形、耐腐蚀、绝缘等特性。本申请中所述涤纶织物优选的为平纹织物，所述平纹织物具紧密的经纬丝线，表面平整，更利于进行镀铜镍涂层。
所述铜镍涂层是由铜涂层和镍涂层组成的，首先在所述涤纶织物上镀一层铜，然后在所述铜涂层上镀镍涂层，形成镀铜镍涂层的涤纶织物作为光阳极的织物基底。优选的，所述铜镍涂层为90μm。
请参照图1所示，S102将所述织物基底清洗晾干后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干。
所述织物基底上均匀涂抹阳极浆料之前，需要对所述织物基底进行初步清理。具体的，将所述织物基底放入无水乙醇中，使用超声波清理30min，然后烘干进行下一步操作。
将所述织物基底的阳极浆料涂抹区域留出，其余部位采用覆盖材料进行覆盖，以避免所述阳极浆料涂抹到阳极浆料涂抹区域之外。优选的，所述阳极浆料的涂抹区域是8mm*8mm的面积，所述覆盖材料为胶带。
图2是本申请中阳极浆料制备流程图。
请参照图2所示，所述阳极浆料的制备流程如下：
S201将聚乙烯吡咯烷酮放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液1；
将无水乙醇置于容器中进行搅拌，然后加入所述聚乙烯吡咯烷酮后，密封、搅拌1h，制成溶液1。
S202将冰醋酸和钛酸四丁酯放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液2；
将无水乙醇置于容器中进行搅拌，然后依次加入冰醋酸和钛酸四丁酯，搅拌15min，制成溶液2。
S203将乙酸锌放入DMF中，经过溶解、超声处理以及恒温搅拌获得溶液3；
将DMF(N,N二甲基甲酰胺)置于容器中，放入乙酸锌搅拌至颗粒物溶解，超声波清洗20min，然后搅拌30min。制成溶液3。
S204将所述溶液1、溶液2和溶液3混合。密封并恒温搅拌30min获得均相纺丝液。优选的，所述均相纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比是8％。
S205将所述均相纺丝液以静电纺丝法在剥离纸上得到静电纺丝纤维膜；
具体的，将所述均相纺丝液置于一个密闭容器中，所述密闭容器具有伸出的金属的针状喷射口。
所述静电纺丝法包括：将所述针状喷射口接通15kv电压，然后在所述密闭容器中增加气压，使得所述均相纺丝液从所述针状喷射口喷出。
在所述针状喷射口12cm的距离处，布置剥离纸，使得所述均相纺丝液可以均匀的喷射在所述剥离纸上，生成静电纺丝纤维膜。
S206所述静电纺丝纤维膜经过干燥后预氧化，以恒定的5℃/min速率升温至600℃，在这个温度下保温4小时获得复合纳米纤维膜；
所述干燥的方式可以是，将所述静电纺丝纤维膜从剥离纸上取下，放置在真空干燥箱中，以80度的高温干燥4h生成复合纳米纤维膜，取出待用。
S207将所述复合纳米纤维膜研磨成粉与乙基纤维素、松油醇和酒精搅拌均匀得到所述阳极浆料。
在进行所述混合之前，首先对所述复合纳米纤维膜进行预氧化。具体的步骤是，将所述复合纳米纤维膜进行煅烧，在600度的高温下煅烧4h，然后自然冷却获得预氧化的复合纳米纤维膜。
最后，将所述符合纳米纤维膜与乙基纤维素、松油醇和酒精搅拌均匀获得阳极浆料。
优选的，所述复合纳米纤维膜中，ZnO：TiO2的摩尔比例包括＝1:2。
所述阳极浆料均匀的涂抹在所述阳极浆料的涂抹区后，自然晾干以待下一步操作。
请参照图1所示，S103然后在真空环境中400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。
最后，将所述阳极膜放入无水乙醇中进行清洗，晾干生成最终的织物基底的光阳极，也可以称为阳极膜。
本申请还提供一种光电池，所述光电池采用了上述织物基底的光阳极，以及对电极和电解质。
所述光电池的装配步骤包括：
将所述纺织基底的光阳极与所述对电极错位叠置在一起，中间放置无纺布吸附所述电解液；
将沙林膜放置在所述纺织基底的光阳极与所述对电极之间，露出所述纺织基底的光阳极部分。
所述对电极以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基底，以氧化铟锡薄膜(ITO)为导电层；在所述氧化铟锡薄膜导电层上沿同一方向涂抹石墨形成导电碳层。
具体的，所述对电极可以使用辽宁奥匹维特新能源有限公司提供的ITO柔性导电基底。所述对电极的基底材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为支撑，表层导电层为氧化铟锡(ITO)，透光率设置为70％，方阻设置为6ohm/cm2。
选取合适大小的ITO薄膜，使用石墨在ITO薄膜导电层一面沿同一方向刮涂，在导电层表面形成导电碳层，生成对电极。优选的，所述石墨可以通过铅笔芯提供。
本申请中所述电解液由摩尔比为1：10：0.1的碘化锂(LiI)，高氯酸锂(LiClO4)和碘(I2)溶解于乙腈溶液中制得。
具体的，所述采用的封装电解液为碘基电解质，即含有氧化还原电对I-/I3 -的溶液。由1摩尔份额的碘化锂(LiI)，10摩尔份额的高氯酸锂(LiClO4)和0.1摩尔份额的碘(I2)溶解于乙腈溶液中制得。例如：称量0.5354gLiI，1.0152gI2，4.2556gLiClO4溶于200ml乙腈中充分搅拌溶解，获得电解液。
所述光电池的工作工程如下：
所述光电池受光照射时，电池光阳极接收到光子，染料分子所带电子受光子激发，由基态跃迁为激发态，产生可自由移动的电子，电子不稳定，迅速集聚在导电织物基底上；电子通过外电路流向对电极，随后氧化态的电解质I3 -得到对电极上的电子，还原再生为I-，染料分子产生的空穴被电解质中的氧化还原电对还原，使染料分子由激发态还原为基态，I-自身则被氧化为I3 -，自身再次吸收光子，从而完成整个光电化学反应的循环。
本申请中，所述织物的基底镀铜提高导电性能，所述镀镍提高了铁磁性以及耐腐蚀性，并且采用静电纺丝阀制作的阳极浆料具有均匀的形貌和取向。本申请中采用纤维状阳极浆料材质，相对于颗粒状更优于电荷运输，同时ZnO促进电化学反应，进而提高电转化效率。
本申请还提供一种智能服装，包括，所述服装具有通讯模块和多种传感器，本申请所述智能服装上装配有上述光电池。
Claims (9)
1.一种织物基底的光阳极制备方法，其特征在于，包括：
在涤纶织物上镀铜镍涂层生成织物基底；
将所述织物基底清洗晾干后在预设位置均匀涂抹阳极浆料并自然晾干；
所述阳极浆料的制备步骤如下：
将聚乙烯吡咯烷酮放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液1；
将冰醋酸和钛酸四丁酯放入无水乙醇中恒温搅拌制成溶液2；
将乙酸锌放入DMF中，经过溶解、超声处理以及恒温搅拌获得溶液3；
将所述溶液1、溶液2和溶液3混合并恒温搅拌获得均相纺丝液；
将所述均相纺丝液以静电纺丝法涂在剥离纸上得到静电纺丝纤维膜；
所述静电纺丝纤维膜经过干燥后预氧化，以恒定速率升温至600℃，保温4小时获得复合纳米纤维膜；
将所述复合纳米纤维膜研磨成粉与乙基纤维素、松油醇和酒精搅拌均匀得到所述阳极浆料；
然后在真空环境中400度温度下保温20分钟，退火后放入N719敏化染料避光静置24小时生成阳极膜。
2.根据权利要求1所述织物基底的光阳极制备方法，其特征在于，所述均相纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比包括8％。
3.根据权利要求1所述织物基底的光阳极制备方法，其特征在于，所述复合纳米纤维膜中，ZnO：TiO2的摩尔比例包括＝1:2。
4.根据权利要求1所述织物基底的光阳极制备方法，其特征在于，所述恒定速率包括5℃/min。
5.根据权利要求1所述织物基底的光阳极制备方法，其特征在于，所述铜镍涂层厚度包括90μm。
6.一种光电池，其特征在于，包括：通过权利要求1～5任一所述织物基底的光阳极制备方法制备的光阳极、对电极和电解质；
将所述织物基底的光阳极与所述对电极错位叠置在一起，中间放置无纺布吸附所述电解质；
将沙林膜放置在所述织物基底的光阳极与所述对电极之间，露出所述织物基底的光阳极部分。
7.根据权利要求6所述光电池，其特征在于，所述对电极以聚对苯二甲酸乙二醇酯为基底，以氧化铟锡薄膜为导电层；
在所述氧化铟锡薄膜导电层上沿同一方向涂抹石墨形成导电碳层。
8.根据权利要求6所述光电池，其特征在于，所述电解质由摩尔比为1：10：0.1的碘化锂，高氯酸锂和碘溶解于乙腈溶液中制得。
9.一种智能服装，其特征在于，在服装上装配有权利要求6～8所述光电池。
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