一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用，其属于金属离子电池电极材料领域，其中，有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7

【技术实现步骤摘要】
一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用


[0001]本专利技术涉及金属离子电池电极材料领域，具体是一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用。

技术介绍

[0002]为实现可持续发展和碳中和，全球能源结构从传统的化石能源向清洁的可再生能源转变。其中，太阳能几乎取之不尽用之不竭，在满足全球能源需求方面具有巨大的潜力。先进的太阳能利用技术正在蓬勃发展，光伏电池是目前太阳能利用中最受关注的方式。但光伏电池需要连接外部储能装置，结构复杂，外部能量损失大。
[0003]目前已经有一些研究着眼于有效地集成这些设备，可同时用于光能量收集、转换和存储的光驱动充电电池(光充电池)为上述问题提供了解决方案。通过这种方式可以实现太阳能原位存储以供后续使用。为了实现这一目的，较为简便的方式就是将光伏电池材料和储能材料相结合，光伏电池材料吸收光以后将产生的电子(或者空穴)转移到储能材料上从而实现光驱动充电。但是这种方式基本保持了光伏电池的结构用于光能量收集，增大了器件封装和集成的难度。
[0004]使用可同时实现光能量收集和储存的材料，可以基于储能电池的两电极结构实现直接光能
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电能的存储，简化器件结构。一些无机材料，例如TiO2、VO2、V2O5已经被成功应用。有机电极材料具有结构易修饰的特点，且不包含贵金属价格低廉。目前已经有大量的有机电极成功应用在储能电池和光伏电池中。但是可直接实现光能
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电能储存的有机材料还很少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0007]一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用，其中，所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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1,4,5,8
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四甲酸二酐和均苯四甲酸二酐中的至少一种。
[0008]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种光驱动充电电池的正极，包括基底材料，所述基底材料上负载有有机电极材料；所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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1,4,5,8
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四甲酸二酐和均苯四甲酸二酐中的至少一种。
[0009]优选地，所述含有氨基的原料包括甘氨酸、氨甲基磷酸和尿素中的至少一种。
[0010]优选地，所述有机电极材料的结构式为以下结构式中的任一种：
[0011][0012]式中，n表示聚合度。
[0013]优选地，所述正极的制备方法包括以下步骤：
[0014]将所述有机电极材料、导电剂和粘合剂进行混合后，再负载在所述基底材料上，得到所述正极。
[0015]优选地，所述基底材料为泡沫镍。
[0016]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种光驱动充电电池，包括负极、电解质和上述的正极。
[0017]优选地，所述光驱动充电电池为金属离子电池。
[0018]优选地，上述光驱动充电电池还包括用于供光线进入的光窗。
[0019]本专利技术提供的一种有机电极材料可直接用于两电极结构的光驱动充电电池，该光驱动充电电池在光照下可以明显看到电池容量的升高，不施加任何偏压情况下直接可以实现电池的充电。其中，该有机电极材料同时具备光能量收集、转换和能量存储的功能，具有较宽的光谱吸收范围和较多的离子存储位点。除此以外，该有机电极材料还具有易于制备，成本低廉的优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1得到的有机电极材料的紫外可见吸收光谱图，由图可见有机电极材料的吸收光谱较宽，截至吸收波长在700nm左右。
[0021]图2为本专利技术实施例1得到的有机电极材料的Tauc曲线，显示了有机电极材料的带隙值为1.81eV。
[0022]图3为本专利技术实施例构造的光驱动充电电池的结构示意图。
[0023]图4为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池的光充机理示意图。
[0024]图5为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池在光照或暗态下测得的循环伏安特性曲线。
[0025]图6为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池在施加2.5V偏压下，电流稳定10分钟后，测定光驱动充电电池的光电流(以暗态条件下的光电流作为背景作图)。
[0026]图7为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池在光照或暗态条件下测得的恒电流充
放电曲线，电流大小分别为50mA/g(左)和100mA/g(右)，在光照下电极表现出更高的容量。
[0027]图8为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池的容量增长量和关照时间的关系图。
[0028]图9为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池在光照下充电，暗态条件下放电的电压变化图，放电为恒电流放电，电流大小为100mA/g。
[0029]图10为本专利技术实施例提供的光驱动充电电池在光照下充电，并在光照下放电的电压变化图，放电为恒电流放电，电流大小为20mA/g。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]在本专利技术的一个实施例中，提供了一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用，其中，所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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1,4,5,8
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四甲酸二酐和均苯四甲酸二酐中的至少一种。
[0032]上述有机电极材料同时具备光能量收集、转换和能量存储的功能。该有机电极材料带隙为1.1
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2.5eV，对波长为300
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900nm范围内的光均具有较强吸收，受光激发后可产生分离的电子和空穴用于电池充电。同时该有机电极材料本身具有能量存储的功能，可进行离子存储。
[0033]具体的，上述有机电极材料含有共轭的平面结构，其离域电子在受到光激发后可进行分子内(间)转移，可有效吸收可见光；此外，上述有机电极材料含有丰富的离子储存位点，例如碳氧双键、碳氮双键、羧酸基团等，可用于能量的存储。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，提供了一种光驱动充电电池的正极，包括基底材料，所述基底材料上负载有有机电极材料；所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机电极材料在光驱动充电电池中的应用，其特征在于，所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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1,4,5,8
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四甲酸二酐和均苯四甲酸二酐中的至少一种。2.一种光驱动充电电池的正极，包括基底材料，其特征在于，所述基底材料上负载有有机电极材料；所述有机电极材料是由含有酸酐的原料与含有氨基的原料进行酰胺化反应制得；其中，所述含有酸酐的原料包括苝2,3,6,7
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四甲酸二酐、萘
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1,4,5,8
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四甲酸二酐和均苯四甲酸二酐中的至少一种。3.根据权利要求2所述的一种光驱动充电电池的正极，其特征在于，所述含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：林天全，张世从，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：