[发明专利]染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用

摘要

本发明公开一种染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用，包括导电基底，及依次涂覆在所述导电基底上的铂纳米粒子的质量分数为10～35％的石墨烯/铂复合层和由含有掺杂二氧化钛微球的纳米二氧化钛复合浆料构成的二氧化钛反射层。与现有技术相比，本发明的染料敏化电池用复合对电极涂覆的石墨烯/铂复合层中铂纳米粒子负载在石墨烯片上，既保证了对电极对于I‑/I3‑氧化还原对的催化性能，又保证了对电极的导电性，提高耐腐蚀性，还可以大大降低成本，提高催化效率；二氧化钛反射层可以有效的将未被光阳极吸收的太阳光反射回到光阳极并进行二次吸收，从而提高太阳光的利用率，更进一步提高电池的光电转换效率，工艺简单，产率高，具有广阔的应用前景。 1

主权项

1.一种染料敏化电池用复合对电极，其特征在于：包括导电基底，及依次涂覆在所述导电基底上的石墨烯/铂复合层和二氧化钛反射层；

所述石墨烯/铂复合层中铂纳米粒子的质量分数为10～35％；

所述二氧化钛反射层是由含有掺杂二氧化钛微球的纳米二氧化钛复合浆料构成。

2.根据权利要求1所述的染料敏化电池用复合对电极，其特征在于：所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。

3.一种权利要求1‑2所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、石墨烯/铂复合物的制备：将质量比为1:(0.5～4)的氧化石墨烯和氯铂酸水溶液混合后进行超声分散，然后边搅拌边缓慢滴加质量浓度为0.5～3mol/L硼氢化钠水溶液，搅拌反应2～4h后，将反应物通过离心分离得到石墨烯/铂复合物；

步骤二、二氧化钛复合浆料的制备：将质量比为1：(5～8)：(1～3)的二氧化钛微球、纳米二氧化钛粒子和氧化锆粒子添加至无水乙醇中，经过超声震荡后，然后添加乙基纤维素的无水乙醇溶液和松油醇，再次经过超声处理后，蒸发无水乙醇得到二氧化钛复合浆料；

步骤三、复合对电极的制备：将步骤一制得的石墨烯/铂复合物添加至无水乙醇中，经过超声处理后得到石墨烯/铂分散液，将石墨烯/铂分散液涂覆在导电基底上，在60℃下真空干燥2h后形成所述石墨烯/铂复合层，将步骤二制得的二氧化钛复合浆料涂覆在所述石墨烯/铂复合层上，在60～85℃下烘干，最后在400～500℃烧结后形成所述二氧化钛反射层，得到复合对电极。

4.根据权利要求2所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于所述步骤一中所述氧化石墨烯由以下步骤制得：将9～15ml浓硫酸加热到75～85℃，加入1.6g过二硫酸钾和1.6g五氧化二磷，搅拌直至全部溶解；然后加入1.8～2.2g石墨，在75～85℃温度下反应4～5h，过滤、水洗，得到膨胀石墨；将膨胀石墨加入到在冰浴冷却的75～85ml浓硫酸中，在磁力搅拌下向此混合物中下缓慢加入8～12g高锰酸钾，然后在30～40℃下反应3～5h，室温下再反应1.5～2.5h；缓慢加入150～170ml的去离子水，保持温度不超过50℃，继续搅拌1.5～2.5h；再加入450～490ml的水和30wt％双氧水8～12ml，产生亮黄色的溶液，此溶液放置24h后，倒掉上清液，然后将剩下的液体先用3wt％硫酸和1wt％过氧化氢溶液分别洗两遍，然后再用10wt％HCl洗涤两遍，最后在水中渗析6～8天，得到的固体在45～55℃下干燥，制得氧化石墨；将氧化石墨置于去离子水中，氧化石墨与去离子水的质量比为(0.3～0.5)：1，经超声波作用10～30min，超声功率为150W，解离得到氧化石墨烯溶液。

5.根据权利要求2或3所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于所述步骤二中所述二氧化钛微球由以下步骤制得：将浓度为10～30％的三氯化钛稀盐酸溶液、冰醋酸与无水乙醇按体积比为1∶(1.5～3)∶(25～35)混合，得到溶液A，将质量浓度为浓度为0.6～1.5mmol/L的聚乙二醇、尿素加入溶液A中，聚乙二醇与尿素的重量比为0.5～1.5，搅拌10～50min后转移至高压反应容器中，于100～200℃下反应10～15h，将所得产物离心分离，洗涤后于40～100℃下烘干1～4h，得到二氧化钛微球。

6.根据权利要求4所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于：所述步骤二中二氧化钛微球与无水乙醇的比例为(0.5～1.5)g∶(3～10)ml；乙基纤维素与松油醇的重量比为(0.05～0.15)：1，乙基纤维素与二氧化钛微球的重量比为(0.1～0.5)：1。

7.根据权利要求6所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤三中所述石墨烯/铂复合层由三层所述石墨烯/铂复合物涂覆在所述导电基底上而成，所述石墨烯/铂复合层的厚度为12～20μm。

8.根据权利要求6或7所述的染料敏化电池用复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤三中所述二氧化钛反射层由两层所述二氧化钛复合浆料涂覆在所述石墨烯/铂复合层上而成，所述二氧化钛反射层的厚度为8～15μm。

9.一种利用权利要求1或2所述的染料敏化电池用复合对电极制备染料敏化电池的方法，其特征在于：将所述染料敏化电池用复合对电极与光阳极进行封装、然后在所述染料敏化电池用复合对电极和光阳极之间注入电解质，即组装成染料敏化电池。

10.根据权利要求9所述的染料敏化电池用复合对电极制备染料敏化电池的方法，其特征在于：光阳极为吸附N719染料的二氧化钛电极；所述电解质为包含0.2M 1‑丙基‑3‑甲基碘化咪唑、0.05M碘、0.1M碘化锂、0.2M四丁基碘化铵和0.5M 4‑叔丁基吡啶的乙腈溶液。