[发明专利]一种还原性金属/聚苯胺电致变色电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多功能电致变色器件的制备领域，具体涉及一种还原性金属/聚苯胺电致变色电池的制备方法。

背景技术

电致变色是指材料在电场的作用下价态与化学组分发生可逆变化，导致其光学性质也发生变化，从而产生变色的现象。利用电致变色材料的这一特性构造的玻璃窗可以按照人的意愿实现对太阳光的动态调节，从而选择性的吸收或反射外界的热辐射，减少办公大楼和民用住宅等建筑物在夏季降温和冬季保暖所必须消耗的大量能源，电致变色技术在智能窗、显示器以及军事伪装等领域具有重要的应用价值和前景。

尽管电致变色智能窗在节能减排领域有着重要的应用价值，但传统的电致变色智能窗需要消耗额外的电能。近年来，将光伏技术(PV)与电致变色智能窗有机结合实现其自供电成为研究热点(Huang et al.Sol.Energy Mater.Sol.Cells,2012,99,154-160；Dyer et al.Adv.Matter.2014,26,4895-4900)。然而这种光伏与电致变色技术一体化智能窗的结构复杂、成本高。且受到外界光照、气候变化和地域性的影响，实际应用中往往要搭配太阳能控制器或蓄电池使用。有关专利CN102103297B公开了一种自褪色电致变色器件的制备方法，该器件不需要外接电源可以实现自褪色，但其着色过程依然需要外加电压才能实现。最近，有研究者报道了一个基于金属铝和普鲁士蓝的双功能器件(Wang et al.Nat.Commun.2014,5,4921)。该器件既是一个自供电电致变色智能窗，又可以作为自充电电池使用。但是依旧存在一些不足之处：首先，金属铝活性比较高，在水溶液中容易由于氧极化而被腐蚀，导致其寿命短；其次，器件的着色过程依赖于氧气，而电解质中的氧气量是有限的，需要不断鼓入氧气，因此该器件结构是开放式的，实际应用中存在电解质蒸发和泄露的问题。再者，该器件的着色过程比较慢，即便是在鼓入一定量氧气的情况下依然需要12小时以上的时间才能实现一定程度的着色。

发明内容

针对现有技术存在的以上不足之处，本发明提供了一种还原性金属/聚苯胺电致变色电池及其制备方法。

首先，本发明提供一种还原性金属/聚苯胺电致变色电池，所述还原性金属/聚苯胺电致变色电池由聚苯胺电极、与所述聚苯胺电极相对放置的还原性金属电极、设置在所述聚苯胺电极和还原性金属电极之间的用于封装的硅胶垫片、位于由所述聚苯胺电极、还原性金属 电极和硅胶垫片界定的空间内的电解质、以及用于断开或接通所述聚苯胺电极与还原性金属电极之间的电连接的开关组成；其中，所述聚苯胺电极由第一透明导电基底和沉积在所述第一透明导电基底表面的聚苯胺薄膜组成；所述还原性金属电极包括第二透明导电基底，所述第二透明导电基底至少面向所述聚苯胺电极的一侧的表面部分由还原性金属薄膜覆盖。

聚苯胺电致变色过程是掺杂和脱掺杂反应的过程，因此一般较无机电致电致变色材料快，且着色/褪色都不需要氧气，器件结构可实现全封闭。还原性金属薄膜覆盖第二透明导电基底部分表面，可保证整个器件的透光性。本发明中提供的所述电致变色电池是一个双功能器件，既可作为自供电电致变色器件，又可作为透明电池使用。

本发明中，所述聚苯胺薄膜的厚度为0～1000纳米，优选200～500纳米。

本发明中，所述还原性金属薄膜的厚度为0～1毫米，优选0.05～0.1毫米。

本发明中，所述还原性金属薄膜以细条状覆盖所述第二透明导电基底至少面向所述聚苯胺电极的一侧的表面。

本发明中，所述还原性金属薄膜可为还原性金属铝薄膜、还原性金属锌薄膜、还原性金属铁薄膜或还原性金属钛薄膜。

本发明中，所述电解质为高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液，浓度0～10mol/L，优选0.1～3mol/L。电解质层的厚度取决于所述硅胶垫片的厚度，优选地，所述封装用硅胶垫片的厚度为0.1～1毫米。本发明采用非水系电解质可延缓还原性金属的腐蚀，提高其循环使用寿命。

本发明该提供了一种所述的还原性金属/聚苯胺电致变色电池的制备方法，包括如下步骤：

将苯胺单体溶于盐酸溶液中，搅拌得到透明沉积液；将第一透明导电基底浸入所得透明沉积液中作为工作电极，铂片和银/氯化银电极分别作为对电极和参比电极，经电沉积得到聚苯胺电极；

采用磁控溅射技术在第二透明导电基底的至少一侧的部分表面沉积还原性金属薄膜，得到还原性金属电极；

将上述聚苯胺电极和还原性金属电极、封装用的硅胶垫片以及电解质组装成电致变色电池。