[发明专利]一种微枝化聚合物凝胶电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学及其能源电池技术领域，具体地涉及一种微枝化聚合物凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种高效、廉价、无污染的新型太阳能电池。1991年，Gr?tzel首次利用联吡啶钌(Ⅱ)配合物染料和纳米多孔TiO₂薄膜制备的染料敏化太阳能电池，获得了7.1%的光电转换效率。自此DSSC受到了广大研究者的持续研究并取得长足的发展。美国专利US 6 479 745中液体电解质组分为0.5 mol/L KI、0.05 mol/L I₂，溶剂为碳酸丙烯酯，测得室温的电导率为7.2 mS.cm^-1。但是，基于液体电解质和DSSC存在电池封装困难、溶剂挥发、染料解吸附、腐蚀反电极及寿命短等缺点，而聚合物电解质具有封装简单、廉价、性能稳定等优点，引起了研究者浓厚的兴趣。

DSSC聚合物电解质作为具有实用性价值的聚合物电解质应满足以下条件：(1) 室温离子电导率达10-3S.cm-1数量级；(2) 与电极界面接触性能良好，界面电阻小，界面电荷传输速度快；(3) 良好的电化学稳定性；(4) 良好的加工性能。

聚乙二醇PEG和聚丙烯酸酯是固体电解质的材料，本发明把两者结合起来，制备微枝化聚(丙烯酸酯-亚甲基双丙烯酰胺)/聚乙二醇P(A-BIS)/PEG聚合物/碘化物/I₂凝胶电解质，可以使该高分子电解质具有两种聚合物的优点。

本发明克服了现有技术中电解质溶液和DSSC存在的电池封装困难、溶剂挥发、染料解吸附、腐蚀反电极及寿命短等缺陷，提出了一种微枝化聚合物凝胶电解质及其制备方法。本发明的微枝化聚合物凝胶电解质具有易于封装、电化学稳定性良好等有益效果，本发明提出的微枝化聚合物凝胶电解质制备方法具有路线简单，操作条件温和，产物提纯步骤简单而产率高、热稳定性好等优点。

发明内容

本发明提出了一种微枝化聚合物凝胶电解质，其具有如下化学式(I)的结构：

其中，M⁺代表Na⁺、K⁺或Li⁺。R₁代表CH₃或者H；R₂代表H或者CH₃；R₃代表C₄H₉、CH₂CH₂OH或CH₂CH₂CH₂OH或C₇F₁₅；R₄代表CH₃或者H。

本发明还提出了所述微枝化聚合物凝胶电解质的制备方法，通过微枝化聚(丙烯酸酯-亚甲基双丙烯酰胺)/聚乙二醇P(A-BIS)/PEG聚合物与氧化还原对碘化物/I₂混合，反应得到所述微枝化聚合物凝胶电解质。

本发明微枝化聚合物凝胶电解质的制备方法依次包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯类单体溶于溶剂中，将引发剂溶于溶剂中；向聚乙二醇、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺BIS和溶剂的混合物通入氮气并升温，再加入所述丙烯酸酯类单体和引发剂，反应得到的微枝化P(A-BIS)/PEG聚合物中微枝化P(A-BIS)结构如化学式(II)所示；

其中，x：y：z的个数比为（128~572）：10：（53~307）；R₁代表CH₃或者H；R₂代表H或者CH₃；R₃代表C₄H₉、CH₂CH₂OH或CH₂CH₂CH₂OH或C₇F₁₅；R₄代表CH₃或者H；