专利名称：电子辐照改性聚合物电解质的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种改性聚合物电解质，尤其涉及一种电子辐照改性聚合物电解质及 其制备方法及其在染料敏化太阳电池中的应用，属于太阳能电池技术领域和电子加速技术领。
背景技术：
液态电解质的染料敏化纳米晶太阳电池尽管光电转化效率较高，但是液态电解质 由于易挥发、封装困难、稳定性差的特点，使得人们开始广泛寻找可以解决这些问题的固态 和准固态的电解质。
常用的工业高分子聚合物由于成本低廉，用途广泛，也被作为有效的途径被提了 出来。然而，常用的聚合物电解质的离子传导率比较低，并且与电极的吸附差，导致直接采 用后电池效率很低。因此，寻找一种提高聚合物电解质离子传导率、并使电池效率提高的技 术就显得重要起来。
发明内容
本发明的目的是提供一种高离子传导率的电子辐照改性聚合物电解质。本发明的另一目的是提供一种电子辐照改性聚合物电解质的制备方法。本发明还有一个目的，就是提供一种电子辐照改性聚合物电解质在染料敏化纳米 晶太阳电池上的应用。本发明电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，是以环氧乙烷与聚丙烯腈为原 料，以碘和碘化钾的混合物作为氧化还原电对，加入到乙腈与二甲基甲酰胺的混合液中，于 70 80°C温度下搅拌混合均勻形成凝胶态物质，再对凝胶态物质进行电子辐照改性，得到 改性的聚合物电解质。所述环氧乙烷与聚丙烯腈以1 5 1 0.2的质量比进行配比。所述乙腈与二甲基甲酰胺的混合液中，乙腈与二甲基甲酰胺的体积比为6 1 2 I0所述碘和碘化钾的混合物中，碘与碘化钾以1 8 1 1.2的摩尔比混合。碘 在聚合体系中的浓度为0. 04 0. 06mol/L ；碘化钾在聚合体系中的浓度为0. 3 0. 7mol/ L0所述环氧乙烷与聚丙烯腈在聚合体系中的总质量为5% 25%。所述电子辐照的辐照能量密度为102°eV/cm2 1021eV/cm2。本发明制备的电子辐照改性聚合物电解质，经检测，离子传导率0.01 0. Is. cm 1O影响电子辐照改性聚合物电解质离子传导率的因素1、PEO (环氧乙烷)和PAN (聚丙烯腈)配比
PEO含量一定时，随PAN含量的增多，未辐照制的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率降低； PAN含量一定时，随PEO含量增加，未辐照制的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率也是降低的；并且 增加相同比例的PEO使得未辐照制的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率下降的比增加相同比例的 PAN快，如图1。电子辐照改性后，在相同的辐照能量密度下，PEO含量一定时，随PAN含量 的增多，辐照后的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率比辐照前增加的越多；PAN含量一定时，随PEO 含量增加，辐照后的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率比辐照前增加的越少；并且增加相同比例的 PEO使得辐照后ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率增加量比增加相同比例的PAN少(甚至为负，即减 少)，如图2。2、辐照能量密度对于同一配比的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶，辐照改性引起的离子传导率先增加后减小，即 存在一个最佳辐照能量密度能够使该配比的凝胶电解质辐照改性后离子传导率达到最 大。对于PAN5、PE05%的混合凝胶，最佳辐照能量密度为6X 102°ev/cm2，此时离子传导率 2. 51 X 10_2s. cm"1,是未辐照样品离子传导率9 X 10_4s. cnT1的27. 9倍，如图3。上述实验证明，当PEO(环氧乙烷)和PAN(聚丙烯腈)的质量比控制在1 5 1 0.2的范围，电子辐照能量密度在102°eV/cm2 1021eV/cm2的范围内，得到的改性电解 质的离子传导率都比未辐照时的离子传导率高。并且通过对辐照能量密度的控制能够使得 一定配比的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶离子传导率达到最大。由于本发明制备的电子辐照改性聚合物电解质具有很高的离子传导率，故应用在 染料敏化纳米晶太阳电池上，以提高其光电转化效率。电子辐照改性聚合物电解质在染料敏化纳米晶太阳电池上的应用方法，是将所述 电子辐照改性聚合物电解质涂抹到制好的纳米晶电极表面，之后压上对电极，封装即可。经过在标准光源下的测试，本发明电子辐照改性聚合物电解质应用在染料敏化纳 米晶太阳电池上，得到的效率_辐照能量密度的关系与离子传导率_辐照能量密度关系类 似，即电池效率也是随辐照能量密度先增加后减小，即存在一个最佳辐照能量密度能够使 电池效率达到最大。对于PAN5%、PE05%的混合凝胶，最佳辐照能量密度为6X 102°eV/cm2， 此时电可使电池的光电转化效率从2. 18 %提高到3.03%，是原来太阳电池的1. 39倍，如图 4。
图1为ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶中组分变化引起的离子传导率变化曲线图2为电子辐照改性的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶中组分变化引起的离子传导率变化曲线(虚 线为与辐照前的对比)图3为辐照能量密度与离子传导率关系曲线(PAN5%、PE05% )图4为辐照能量密度与电池效率关系曲线(PAN5%、PE05% )
具体实施例方式以下结合具体的实施例对本发明电子辐照改性聚合物电解质的制备和应用作进 一步说明。(1)将有机溶剂乙腈(80ml)和二甲基酰胺(20ml)混合均勻后，加入4. 77g聚丙烯腈(PAN)，于70°C搅拌均勻，再加入4. 77g聚环氧乙烷(PEO)，继续搅拌到完全溶解，此时添加I2 1. 27g，KI 8. 30g,混合均勻后搅拌，得到ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶。(2)用能量1. OMeV的电子束对ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶进行辐照，辐照能量密度为 6X 102°ev/cm2，得到改性聚合物电解质，离子传导率为2. 51X 10_2s. cnT1。(3)将改性聚合物电解质均勻涂抹于N-719敏化过24小时的二氧化钛电极(手术 刀法制备)上，压上高纯石墨均勻涂附的对电极，用Surlyn 1702封装。 (4)在标准光源下测试辐照改性后ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶制备的电池，得到的效率为 3. 03%，对比未辐照的ΡΑΝ/ΡΕ0凝胶制备的电池(效率为2. 18% )，发现效率提高了 39%。
权利要求
一种电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，是以环氧乙烷与聚丙烯腈为原料，以碘和碘化钾的混合物作为氧化还原电对，加入到乙腈与二甲基甲酰胺的混合液中，于70～80℃下搅拌混合均匀形成凝胶态物质，然后对凝胶态物质进行电子辐照，得到改性的聚合物电解质。
2.如权利要求1所述电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述环氧 乙烷与聚丙烯腈以1 5 1 0.2的质量比配比。
3.如权利要求1所述电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述乙腈 与二甲基甲酰胺的混合液中，乙腈与二甲基甲酰胺的体积比为6 1 2 1。
4.如权利要求1所述电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述环氧 乙烷与聚丙烯腈在聚合体系中的总质量为5% 25%。
5.如权利要求1所述电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述以碘 和碘化钾的混合物中，碘与碘化钾以1 8 1 12的摩尔比混合；碘在聚合体系中的浓 度为0. 04 0. 06mol/L ；碘化钾在聚合体系中的浓度为0. 3 0. 7mol/L。
6.如权利要求1所述电子辐照改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述电子 辐照的辐照能量密度为102°eV/cm2 1021eV/cm2。
7.如权利要求1所述方法制备的电子辐照改性聚合物电解质。
8.如权利要求1所述方法制备的电子辐照改性聚合物电解质，其特征在于离子传导 率为 0. 01 0. Is. cnT1。
9.如权利要求1所述方法制备的电子辐照改性聚合物电解质在染料敏化纳米晶太阳 电池上的应用。
10.如权利要求9所述方法制备的电子辐照改性聚合物电解质在染料敏化纳米晶太阳 电池上的应用，其特征在于将电子辐照改性的聚合物电解质涂抹到制好的纳米晶电极表 面，之后压上对电极，封装即可。
全文摘要
本发明提供了一种电子辐照改性聚合物电解质的制备及其在染料敏化纳米晶太阳电池上应用，属于太阳能电池技术领域和电子加速技术领。本发明以环氧乙烷与聚丙烯腈为原料，以碘和碘化钾的混合物为氧化还原电对，加入到乙腈与二甲基甲酰胺的混合液中，于70～80℃温度下搅拌混合均匀形成凝胶态物质，再对凝胶态物质进行电子辐照改性，得到改性的聚合物电解质。经测定，改性的聚合物电解质的离子传导率从10-4量级提高到10-2量级s.cm-1，应用在染料敏化纳米晶太阳电池上，可使太阳电池的在标准光源下的效率提高了30～50％。
文档编号H01M14/00GK101814373SQ20101013929
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者庞立龙, 朱亚滨, 王志光, 申铁龙, 缑洁, 马艺准 申请人:中国科学院近代物理研究所