[发明专利]全固态纳米复合聚合物电解质的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池聚合物电解质以及锂电池聚合物电解质的制造技术领域，特别涉及用于染料敏化太阳能电池的全固态纳米复合聚合物电解质的制备方法，能够得到利用该聚合物电解质提高光电转化效率及电池稳定性的染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池是一种光电化学太阳能电池，是由载有染料的TiO₂工作电极、对电极及含有氧化还原对的电解质所构成。染料吸收太阳光被激发产生电子空穴对，处于激发态的电子迅速跃迁到TiO₂导带并很快通过TiO₂薄膜及导电玻璃传输到外电路中。对电极从外电路得到电子将电解质中碘还原为碘负离子，而碘负离子又将电子补偿给染料由此形成一个循环。

自1991年瑞士的Gratzel等人提出染料敏化太阳能电池以来，采用液态电解质的电池已取得了大于10％的光电转换效率。但采用液态电解质构建的电池存在封装困难、溶剂易挥发等缺点，因此降低了该染料敏化电池的长期稳定性和实用性。

聚合物电解质具有原料来源广泛、机械强度好、尺寸功能可控的优点，目前被广泛的应用于全固态染料敏化太阳能电池及锂电池的制备中。其中聚环氧乙烷由于其具有无毒无污染、对盐的溶解能力强等优点得到了广泛的应用，但其在室温下容易结晶，这一点限制了它的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服单组分聚环氧乙烷用于聚合物电解质的不足，提供一种具有高室温离子电导率的用于染料敏化太阳能电池的全固态纳米复合聚合物电解质的制备方法；本发明操作简单、原料易得，所得全固态纳米复合聚合物电解质可用于制备全固态染料敏化太阳能电池。

木发明的用于染料敏化太阳能电池的全固态纳米复合聚合物电解质的成份包括：聚环氧乙烷(PEO)，聚氨酯(PEUR)，纳米材料，碘盐、碘，及有机溶剂；其制备方法包括以下步骤：

(a)将聚环氧乙烷与聚氨酯以重量比为9：1～1：9，优选以重量比为5：5的比例溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，并置于烘箱中加热以使它们相容(一般于20℃～100℃加热2～6小时)；

(b)向步骤(a)得到的聚合物混合液中加入碘盐及碘，搅拌均匀；其中，碘盐与碘的总质量在聚合物电解质中的含量为20wt％～40wt％，优选含量为30wt％；碘盐与碘的摩尔比为10：1～20：1；

(c)向步骤(b)得到的混合物中加入纳米材料，分散均匀，其中，纳米材料在聚合物电解质中的含量为0～15wt％；

(d)将步骤(c)得到的混合物倒入聚四氟乙烯模具中挥发有机溶剂，然后置于真空烘箱中干燥，以确保有机溶剂完全抽干(一般1～4天)。

所述的聚环氧乙烷的重均分子量(Mw)为2万～400万，优选重均分子量为400万。

所述的纳米材料的粒径为7～60nm；选自SiO₂、TiO₂、ZnO中的一种或大于一种。

所述的有机溶剂非限制性的选自乙腈(AN)、甲醇(CH₃OH)、四氢呋喃(THF)中的一种或大于一种。

所述的聚环氧乙烷与聚氨酯溶解于有机溶剂中，优选为聚环氧乙烷和聚氨酯溶解于四氢呋喃与乙腈的混合溶剂中。

所述的碘盐选自：LiI、KI、NaI中的一种或任意两种的混合物，优选为LiI。

所述的聚氨酯为聚酯型聚氨酯或聚醚型聚氨酯，优选为聚醚型聚氨酯。

所述的聚醚型聚氨酯或聚酯型聚氨酯是由以下方法制备得到的：

(a)将分子量为200～800的聚醚多元醇或分子量为600～1200的聚酯多元醇置于真空烘箱中加热干烘以除去反应物中的水分(一般于60～100℃加热干烘5小时～10小时)；

(b)在惰性气体(如氮气等)保护下，逐步向步骤(a)得到的聚醚多元醇或聚酯多元醇中加入是聚醚多元醇或聚酯多元醇摩尔量1.2倍的二异氰酸酯，保持搅拌反应1～3小时；

(c)向步骤(b)反应后的产物中加入无水乙醇溶剂，搅拌过夜；再将无水乙醇溶剂旋干后置于真空烘箱中干烘以彻底除去无水乙醇溶剂(一般于60～100℃干烘6～10小时)，分别得到聚醚型聚氨酯或聚酯型聚氨酯。

本发明中的聚合物混合液需要热处理的作用是，通过热处理增大聚环氧乙烷在有机溶剂中的溶解度以及改善聚环氧乙烷与聚氨酯的相容性，避免相分离。本发明中热处理的温度一般为20℃～100℃，加热时间为2～6小时。