本发明专利技术公开了一种或几种多组分超分子凝胶电解质及其制作方法和应用，该凝胶电解质是使用两种或多种特定结构的有机小分子化合物或添加剂构成超分子网络结构使电解质体系胶凝化得到的。这种超分子凝胶电解质与普通凝胶电解质以及液态电解质相比，其特点在于，具有可使电解质凝胶化的一种或多种组分，其中任一有机小分子化合物或添加剂组分单独使用时，可以具有也可以不具有使液态电解质凝胶化的胶凝能力；获得的超分子凝胶电解质的组分、凝胶微观网络形貌和性能易于调节；解决了液态电解质电池易泄漏和封装困难的问题，应用于染料敏化太阳电池和量子点太阳电池中，电池的长期稳定性得到了显著地提高，同时保证电池具有良好的光伏性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种或几种多组分超分子凝胶电解质及其制作方法和应用，该凝胶电解质是使用两种或多种特定结构的有机小分子化合物或添加剂构成超分子网络结构使电解质体系胶凝化得到的。这种超分子凝胶电解质与普通凝胶电解质以及液态电解质相比，其特点在于，具有可使电解质凝胶化的一种或多种组分，其中任一有机小分子化合物或添加剂组分单独使用时，可以具有也可以不具有使液态电解质凝胶化的胶凝能力；获得的超分子凝胶电解质的组分、凝胶微观网络形貌和性能易于调节；解决了液态电解质电池易泄漏和封装困难的问题，应用于染料敏化太阳电池和量子点太阳电池中，电池的长期稳定性得到了显著地提高，同时保证电池具有良好的光伏性能。【专利说明】—种具有多组分的超分子凝胶电解质、制备方法及其应用
本专利技术属于化学、化工、材料及物理技术的交叉领域，涉及一种可用于染料敏化太阳电池和量子点太阳电池等领域的多组分超分子凝胶电解质材料及其应用，特别是一种超分子凝胶电解质及其在染料敏化太阳电池和量子点太阳电池中的应用。
技术介绍
随着不可再生能源的日益枯竭与能源消耗的持续增加，发展新能源及新能源材料是人类面临的重大课题。太阳能以其绿色、安全、长寿以及资源相对广泛和充足的优点，被认为是最重要的新能源之一。1991年瑞士洛桑高工(EPFL)Gratzel领导的研究小组，利用联吡啶钌(II )配合物染料和纳米多孔二氧化钛(TiO2)薄膜制备了染料敏化太阳电池(DSC)，并且获得了 7.1%的光电转换效率(Oregan, B.; Gratzel, M., et al.Nature, 1991, 353: 737)。这一突破性研究进展为太阳电池的发展和应用树立了一座里程碑。典型的DSC是由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、阴极材料和导电基底构成的，其中电解质作为其重要组成部分，对电池的效率和稳定性等有着重要的影响作用。液态电解质因其具有扩散速率快、良好的浸润性、成分易设计和调节、光电转换效率高等特点而被广泛应用。2011年，Gratzel小组又将DSC的研究工作向前推进了一步，获得了光电转换效率为12.3%的液态电解质DSCXYella A.，Zakeeruddin S.M., GratzelM., et al.Science, 2011，334: 629)。虽然利用液态电解质可以获得较高的光电转换效率，但仍旧存在一些不可避免的问题，即容易导致TiO2的表面吸附的染料脱落。同时，液态电解质自身不稳定易发生变化，且有机溶剂易挥发，造成电池封装困难，降低了电池的稳定性，限制了 DSC的商业化应用。为了解决DSC的封装和泄漏问题，提高电池的稳定性，准固态电解质应运而生。准固态电解质是指在液态电解质中添加胶凝剂分子，并在一定条件下通过物理相互作用或者通过化学反应交联，形成空间网络结构，液态电解质作为分散介质填充在该网络结构中，使得准固态电解质表观呈固态。准固态电解质的机械强度和力学性能介于液态和固态电解质之间，导电机理与液态电解质相同，因此具有良好的电化学性能。目前用来凝胶化液态电解质的胶凝剂主要包括有机聚合物胶凝剂、无机纳米颗粒以及有机小分子胶凝剂。(I)聚合物胶凝剂 聚合物凝胶电解质通常是通过聚(丙烯酸)(Wu J.H., et al.Macromolecular RapidCommunications，2000, 21: 1032)、聚乙二醇(Gong J., et al.Renew.Energy, 2012,39: 419; Kim Y.J., et al.Advanced Materials, 2004, 16: 1753)、聚环氧乙烧(LiuY., et al.Journal of Power Sources, 2004, 129: 303)、聚丙烯酸丁酯(Kim J.H., etal.Solid State 1nics, 2005，176: 579)、偏氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)(WangP., et al.Chemical Communications, 2002: 2972)等胶凝剂凝胶化液态电解质而获得，通常具有低蒸汽压、机械强度较高和热不可逆性等特点。(2)无机纳米颗粒 无机纳米颗粒添加到聚合物凝胶电解质中，有的可以作为胶凝剂来制备凝胶电解质，有的则可以提高凝胶电解质的导电性能。Ti02、Sn02、Si02、IT0、MW_CNT、炭黑等纳米颗粒都可以用来液态电解质，获得稳定性良好的准固态电解质(Wang P., et al.J Am Chem Soc,2003，125: 1166 ；Kubo I，et al.Journal of Physical Chemistry B, 2003，107:4374; Kawano R., et al.Chemical Communications, 2003: 330 ；Zhang Y.G., et al.Electrochimica Acta, 2012， 61: 185)。(3)有机小分子胶凝剂 有机小分子胶凝剂是指在相对较低含量下将有机溶剂凝胶化的一类有机小分子化合物，具有加热溶解性好、在凝胶过程中形成三维网络超分子结构的特点(Terech P., et al.Chemical Reviews, 1997，97: 3133)。有机小分子胶凝剂通常含有酰胺键、胺基、羟基、具有共轭η键的苯环或者长脂肪链，通过氢键、键、静电引力、范德华力或者疏水作用力组装成棒状、纤维状、碟状聚集体等一维结构，并进一步形成三位网络结构，从而实现对溶剂的凝胶化，形成均一的、热可逆的凝胶。有机小分子胶凝剂可以分为酰胺(脲)及氨基酸多肽衍生物、脂肪酸衍生物、糖类衍生物、留类衍生物、类固醇衍生物、叶啉和酞菁类、有机金属类以及其他小分子胶凝剂几类。有机小分子胶凝剂制备的准固态电解质虽然呈凝胶状，但与液态电解质一样，是依靠离子导电的。因此，此类准固态电解质具有良好的导电性。此外，有机小分子胶凝剂种类多样、来源丰富，受到各国学者的关注。目前小分子凝胶剂在准固态DSC中的应用已取得了不同程度的进展。Yanagida等利用四种氨基酸类化合物作为胶凝剂凝胶化1，2_ 二甲基_3_丙基咪唑碘(DMPII)基液态电解质，比较了不同烷基链长及不同酰胺键数量对凝胶性能的影响。制备的几种准固态DSC的光电转换效率没有明显的区别，且均与对应的液态电解质DSC的效率相近。电池运行1080 h后，准固态DSC的效率基本保持不变，但液态电解质DSC的效率却下降为初始值的 50% (Yanagida S., et al.Journal of Physical Chemistry B, 2001,105:12809)。Gratzel 小组分别用 1，3:2，4_ 二 _0_ 苄基 _D_ 山梨糖醇、1，3:2，4_ 二 _0_ 甲基苄基-D-山梨糖醇、1，3:2，4- 二 -O- 二甲基亚苄基-D-山梨糖醇三种山梨糖醇的衍生物凝胶化MPN，并将凝胶电解质应用于使用Z-907染料的DSC中，获得了 6.1%的光电转换效率(Gratzel M., et al.Journal of Materials Chemistry本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：霍志鹏，桃李，戴松元，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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