[发明专利]聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质的制备方法，属于新材 料技术及新能源技术领域。

背景技术

自1977年白川英树发现导电聚乙炔以来，人们开发了很多类型的导电 高分子。其中环境稳定性好的聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺目前已成为导电高 分子的三大主要品种。聚吡咯因有电导率高、易成膜、无毒等优点而具有 广阔的应用前景，而近年来将其应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的研 究也较活跃。

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的太阳能电池，其具有低成 本、制造工艺简单、理论转化率高的优点。目前DSSC使用的电解质主要有 液体电解质、固体电解质、凝胶电解质三种。液体电解质具有电导率高和 接触性能好的优点而固体电解质具有电池性能稳定的优势，凝胶电解质则 将两者的优势结合在一起。为进一步提高凝胶体系的电导率，可通过引入 导电高分子聚合物与基体进行复合以形成复合型的导电凝胶体系。由于经 掺杂后的导电高分子具有一定的空穴传导能力，且其对离子传输具有催化 活性，因此在凝胶电解质中引入导电高分子，形成与导电高分子复合导电 凝胶体系，可在一定程度上提高凝胶体系的导电性能。聚吡咯也因其具有 电导率高和制备工艺相对简单的优点而适合作为导电高分子添加剂添加到 凝胶体系中；但由于聚吡咯不易溶解于有机溶剂，因而直接将其直接添加 到凝胶体系的方法对凝胶体系的导电性能提高不大，所得到聚吡咯/聚丙烯 酸系复合凝胶电解质的电导率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质的制备 方法，通过此方法制备的聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质具有较高的电 导率。

本发明的技术方案是这样的：聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质的制 备方法，通过如下方案实现：

第一步，吡咯单体的吸附：先将吡咯单体溶解于一定有机溶剂中配成混 合溶液，其中吡咯单体占混合溶液体积分数的10％～90％，再用丙烯酸系聚 合物吸附所得混合溶液至少24小时，使丙烯酸系聚合物吸附平衡形成凝胶；

第二步，碘引发剂溶液的制备：将碘单质溶解于任选自N-甲基吡咯烷 酮、乙醇、甲醇、乙腈中的一种或多种混合的有机溶剂中，将其配置成 0.01～0.20mol/L的碘引发剂溶液；

第三步，导电聚吡咯的聚合：将第一步中达到吸附平衡后的凝胶浸泡于 1～10倍于其体积的第二步所得的碘引发剂溶液中，在-20～30℃条件下反应 至少24小时，得到聚吡咯/聚丙烯酸系复合物；

第四步，将第三步所得的聚吡咯/聚丙烯酸复合物干燥，除去溶剂得到 复合型的导电高分子物质；

第五步，将第四步所得的复合型的导电高分子物质泡于1～20倍于其自 身体积的液体电解质中，此液体电解质由0.10～0.65mol/L的有机碘盐、 0.10～0.65mol/L的无机碘盐、0.01～0.50mol/L的碘、0～0.65mol/L的吡啶和 相应的有机混合溶剂组成，吸附至少24小时达到吸液平衡后，得到聚吡咯/ 聚丙烯酸系复合凝胶电解质；其中，上述有机混合溶剂为50％～90％有机混 合溶剂体积的乙腈与10％～50％有机混合溶剂体积的N-甲基吡咯烷酮的混 合物，或50％～90％有机混合溶剂体积的γ-丁内酯与10％～50％有机混合溶 剂体积的N-甲基吡咯烷酮的混合物。

上述第一步中，上述丙烯酸系聚合物为聚丙烯酸/明胶共聚物、聚丙烯 酸接枝10～32个碳原子数长链烷烃季铵盐聚合物或聚丙烯酸甘油酯聚合 物。

上述第五步中，上述液体电解质中的有机碘盐为选自至少一种如下通式 的碘化铵季铵盐：

式中为R₁、R₂、R₃、R₄相同或不同，且表示1～5个碳原子数的烷基。

上述第五步中，上述液体电解质中的无机碘盐为选自至少一种如下通式 的碘化物：

M⁺I^-

式中M⁺表示Li⁺、Na⁺或K⁺。

聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质的制备方法，通过如下方案实现：