[发明专利]一种金属凝胶电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属凝胶电解质及其制备方法。本发明的金属凝胶电解质利用金属阳离子与有机配体形成凝胶框架，然后吸附液态电解质形成准固态电解质。本发明具有成本廉价、制备简单等特点，本发明可应用于染料敏化太阳电池及其它电池领域。

技术领域

本发明属于化学、化工、材料及物理技术的交叉领域，涉及一种金属凝胶电解质、制备方法及其在染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳电池因其成本低廉、制备工艺简单、转换效率高等特点，得到了广泛的关注并迅速发展起来。

DSSC的经典结构是“三明治”夹心结构，主要由导电基底、半导体纳米多孔薄膜(多为TiO₂、ZnO等)、染料敏化剂(N719、C101等)、含有氧化还原电对(I^-/I₃^-，或Br^-/Br₃^-，SeCN^-/(SeCN)₂，SCN^-/(SCN)₂等)的电解质，和对电极(如涂有Pt的导电玻璃)几个主要部分组成，其中电解质作为其重要的组成部分之一，对电池的效率及其稳定性具有重要影响。液态电解质具有扩散速率快、良好的浸润性、光电转换效率高等特点而被广泛应用。

然而随着光电效率超过14％的液态电解质DSSC的诞生，虽然液态电解质DSSC的光电效率虽然较高，但同时存在电解质溶剂易挥发泄露、电池封装困难等问题，固态电解质和准固态电解质可有效改善上述问题，固态电解质由于离子导电性能差，且不能有效浸润TiO₂多孔薄膜，导致其组装的固态DSSC光电转换效率较低，而准固态电解质因其良好的界面浸润性，在提高DSSC的长期稳定性的同时，能够保证DSSC的光电性能因而受到研究学者的广泛关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属凝胶电解质及其制备方法。金属凝胶在近些年来发展为功能性纳米材料，是一类重要的准固态材料，具有种类丰富、制备简单、成本低廉等特点。此外，金属凝胶一般具有优秀的孔隙率，离子能够在其中高效传输，使得其具备充当准固态材料的条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种金属凝胶电解质利用金属阳离子与有机配体形成凝胶框架，然后吸附液态电解质形成准固态电解质。

一种金属凝胶电解质，所述金属阳离子为Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、V⁴⁺、Mn⁴⁺等金属元素离子，优先选择含Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、V⁴⁺、Mn⁴⁺的盐或者盐溶液。

一种金属凝胶电解质，所述有机配体为一种或者多种酸类配体，如单宁酸。

一种金属凝胶电解质，所述吸附的液态电解质为含有I^-/I₃^-氧化还原电对的染料敏化太阳电池电解液。

一种金属凝胶电解质，其制备步骤如下：

(1)将金属盐或金属盐溶液与有机配体溶解在有机溶剂中，搅拌或者超声分散均匀；(2)加热或者室温静置使其形成凝胶；(3)将制备的金属凝胶去吸附含有I^-/I₃^-氧化还原电对的液态电解液形成所述金属凝胶电解质。

一种金属凝胶电解质的制备方法，所述有机溶剂可以为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙醇、乙腈、3-甲氧基丙腈等中的一种或多种混合。

一种金属凝胶电解质的制备方法，所述金属阳离子与有机配体的摩尔比为1:1～1：10。