一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池制造技术

本发明专利技术提出了一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，包括正极层、隔离层、负极层，正极层包括石墨烯网状复合层基底和正极材料，负极层包括石墨烯网状复合层基底和负极材料，隔离层采用玻纤改性负载TiO

A flexible thin film battery based on graphene network composite layer

【技术实现步骤摘要】
一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池
本专利技术涉及薄膜电池
，具体涉及一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池。
技术介绍
薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池。薄膜电池发电原理与晶硅相似，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电动势，外电路接通时，产生电流。薄膜太阳电池，可以使用价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数微米，目前转换效率最高以可达13％。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。近年来，石墨烯以其独特的结构和优异的材料性能而广泛应用于物理、化学及材料学等领域，其中被寄予厚望的应用之一是高光电转换效率的新一代太阳能电池。如石墨烯具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质：强度达130GPa、热导率约5000J/(m·K·s)、禁带宽度几乎为零、载流子迁移率达到2×105cm2/(V·s)、高透明度(约97.7％)、比表面积理论计算值为2630m2/g，石墨烯的杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)与碳纳米管相当，它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列性质，这些独特的性质使石墨烯有可能广泛应用于光伏领域，在过去几年中，石墨烯已经成为了材料科学领域的一个研究热点。目前，石墨烯在薄膜电池中已经有了较为深入的研究，其带来的性能改进也是有目共睹的，如中国授权专利技术CN201610014225.1提出的一种Cu2ZnSnS4/石墨烯复合半导体薄膜的制备方法及其应用，以石墨烯为CZTS生长骨架，采用溶剂热合成技术直接在FTO透明导电玻璃衬底上制备CZTS/石墨烯复合半导体薄膜，可以直接用作染料敏化太阳能电池的对电极，代替传统的Pt对电极，降低染料敏化太阳能电池的成本，有利于产业化生产，显著提高了光学性能。又如专利CN201010590202.8提出的一种薄膜太阳能电池及其制备方法，采用石墨烯做过渡层，增强了电池的欧姆接触特性，综合使用价值更高。因此，如何将石墨烯更为有效的应用于电池行业，发挥出更加优异的光电学性能，是当下需要不断探讨研究的重点方向之一。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，通过合理的膜层构建和材料改性配比，电池厚度均匀一致，不足0.1mm，且有效提高了薄膜电池的柔韧性和稳定性，抗剥落脱离性强，光电学效应显著提高，光电转化率可达19.4％，且多次弯曲、循环后性能影响率低于10％，综合效能显著提高，值得推广。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，包括正极层、隔离层、负极层，正极层包括石墨烯网状复合层基底和正极材料，负极层包括石墨烯网状复合层基底和负极材料，隔离层采用玻纤改性负载TiO2/有机玻璃复合膜。优选的，正极层、负极层厚度为8-16μm，其中石墨烯网状复合层基底厚度占正极层或负极层总厚度的30-35％；隔离层厚度为5-10μm。优选的，石墨烯网状复合层基底与正极材料、负极材料间还覆有催化剂层，催化剂层厚度为0.5-2μm。优选的，催化剂层包括钯铜锡合金粒子、氢化聚二甲基硅氧烷、环氧-聚硫胶黏剂，三者质量比为1:0.2:0.5；催化层、正极材料和/或负极材料采用依次溅射覆于石墨烯网状复合层基底上。优选的，石墨烯网状复合层制备方法如下:采用Hummers法制得的氧化石墨，先研磨至微米级，然后分散于聚丙烯酰胺胶体溶液中，40℃超声处理5-15min，再依次向其中加入氟硼酸钠、纳米金属氧化物、丙烯基磺酸钠，加热搅拌5-10h，真空干燥研磨得粉料，然后将粉料加入有机玻璃溶液中，二次超声处理5-20min，干燥后送入硫化机压膜即可。优选的，粉料中各原料质量份数为：氧化石墨3-10份、氟硼酸钠2-4份、金属氧化物微粉1-5份、丙烯酸磺酸钠5-20份、聚丙烯酰胺胶体溶液500-1000份；石墨烯网状复合层中粉料与有机玻璃质量比为1：5-10，有机玻璃溶液为有机玻璃溶于聚甲基丙烯酸甲酯制配。优选的，纳米金属氧化物为质量比0.5:1:3的氧化锌、氧化铜、氧化钛混合物；聚丙烯酰胺胶体溶液质量分数为10-12wt％。优选的，玻纤改性负载TiO2/有机玻璃复合膜中，玻纤改性负载TiO2与有机玻璃质量比为1:4-5，且玻纤上TiO2负载量大于45mg/g。优选的，玻纤改性负载TiO2/有机玻璃复合膜制备方法如下：将有机玻璃溶于有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入聚偏氟乙烯，40-45℃先超声处理5-10min，然后300rpm搅拌0.5-1h，得混合液，备用；取纳米二氧化钛分散于腐植酸钠水溶液中，超声处理5-10min，然后将玻璃纤维浸入其中，70-75℃超声处理3-5min，随后降至室温浸渍20-30min，取出真空干燥后重复浸渍、超声、干燥1-2次，得干负载纤维；将干负载纤维加入混合液中，搅拌均匀后超声处理10-20min，然后在65-68℃真空干燥40-50h，再送入硫化机内加压压制成膜。优选的，有机溶剂采用聚甲基丙烯酸甲酯；腐植酸钠水溶液质量分数为15-20％。由于采用上述的技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过合理的膜层构建和材料改性配比，电池厚度均匀一致，不足0.1mm，且有效提高了薄膜电池的柔韧性和稳定性，抗剥落脱离性强，光电学效应显著提高，光电转化率可达19.4％，且多次弯曲、循环后性能影响率低于10％，综合效能显著提高，值得推广。本专利技术自制正、负极用供溅射基底以及电解质隔膜层，具有优异的配伍结合性，不仅层间结合力强，而且层间网络架桥连接度高，电子流通阻力小，光电效应具有显著的提高。基底以有机玻璃为主要成膜基体，在基底制备过程中，先将石墨烯分散于聚丙烯酰胺溶液中，通过其上的支链交联结构对石墨烯进行改性吸附，随后加入的高含氧基团对层状石墨烯的空间插层强化具有明显的促进作用，增大的空间位阻在保证二维空间层状结构的高比表面积和稳定性的同时，含氧基团的引入对其亲水性也有显著的提升，进一步改善了在溶液中的分散性，与其中的纳米金属氧化物充分接触嵌合，不仅有利于提高强韧性，同时，具有优异的电学传导性，对原料表面也具有一定的活化促进效果；其中，添加的丙烯基磺酸钠一方面具有强化金属离子的延展、迁移性，而且对催化剂层具有良好的协同结合效果，有效改善了PN结层，对正负极材料具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于：包括正极层、隔离层、负极层，所述正极层包括石墨烯网状复合层基底和正极材料，所述负极层包括石墨烯网状复合层基底和负极材料，所述隔离层采用玻纤改性负载TiO

【技术特征摘要】
1.一种以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于：包括正极层、隔离层、负极层，所述正极层包括石墨烯网状复合层基底和正极材料，所述负极层包括石墨烯网状复合层基底和负极材料，所述隔离层采用玻纤改性负载TiO2/有机玻璃复合膜。


2.根据权利要求1所述的以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于：所述正极层、负极层厚度为8-16μm，其中石墨烯网状复合层基底厚度占正极层或负极层总厚度的30-35％；所述隔离层厚度为5-10μm。


3.根据权利要求1所述的以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于：所述石墨烯网状复合层基底与正极材料、负极材料间还覆有催化剂层，所述催化剂层厚度为0.5-2μm。


4.根据权利要求3所述的以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于：所述催化剂层包括钯铜锡合金粒子、氢化聚二甲基硅氧烷、环氧-聚硫胶黏剂，三者质量比为1:0.2:0.5；所述催化层、正极材料和/或负极材料采用依次溅射覆于石墨烯网状复合层基底上。


5.根据权利要求1所述的以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于，所述石墨烯网状复合层制备方法如下:采用Hummers法制得的氧化石墨，先研磨至微米级，然后分散于聚丙烯酰胺胶体溶液中，40℃超声处理5-15min，再依次向其中加入氟硼酸钠、纳米金属氧化物、丙烯基磺酸钠，加热搅拌5-10h，真空干燥研磨得粉料，然后将粉料加入有机玻璃溶液中，二次超声处理5-20min，干燥后送入硫化机压膜即可。


6.根据权利要求5所述的以石墨烯网状复合层为基底的柔性薄膜电池，其特征在于，粉料中各原料质量份数为：氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：强银银，
申请(专利权)人：安徽峰创云通数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34