[发明专利]石墨烯与导电炭黑复合材料对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及对电极的制备方法。

背景技术

在染料敏化太阳能电池(DSSC)中，以其制备材料的不同，对电极可分作两大类：金属质对电极、非金属质对电极。

金属质对电极中，铂因其对I₃^-具有高催化活性，成为最早用于染料敏化太阳能电池对电极的材料，且目前一直在实验室被广泛用作对电极。但是铂是贵金属，价格昂贵，因此它不利于大规模的使用。同时，铂对电极的稳定性不够高，在电池中因容易中毒而降低体系的光电转换效率。镍对电极采用电化学镀膜法制备，其单色光转化效率与用铂作对电极的电池的单色光转化效率接近，但是开路电压有所下降，这是由于镍也能被电解液中的I3-所腐蚀的缘故。热蒸镀法制备的金对电极优于铂对电极，测试过程中，金对电极没有出现腐蚀现象。但是，黄金仍属于贵金属类，在用含I-/I₃^-电解质组装DSSC时，测试的电性能还不是很高。DSSC的研究人员也曾尝试用其他金属材料如钯、不锈钢、铜、铝等作对电极，但它们的电性能都远不及铂对电极，但是铂对电极价格昂贵、电极容易中毒、不利于大规模使用。

非金属质对电极中常用的为碳材料对电极，如石墨烯。石墨烯出现在实验室中是在2004年，是英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现的。它是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。由于其优异的电子传输和导电性能，石墨烯被广泛的用于电子元器件和DSSC的对电极。一般的，先采用Hummer法制备出氧化石墨，然后加入肼等还原剂或者高温还原得到石墨烯的对电极膜。采用这种方法制作工艺复杂，温度高(一般为300～400℃)，且肼等毒性极强，对眼睛有刺激作用，实验危险系数大。高温还原虽然没有危害，但是增加了FTO基体的电阻。同时，实验表明采用单纯的石墨烯做电池的对电极，石墨烯由于容易发生聚集，电池的光电转换效率并不高。

发明内容

本发明要解决传统的铂对电极价格昂贵、电极容易中毒、不利于大规模使用以及石墨烯导电膜的制备工艺复杂、膜的处理温度高、且膜的导电性不理想的问题，而提供一种石墨烯与导电炭黑复合材料对电极的制备方法。

本发明的一种石墨烯与导电炭黑复合材料对电极的制备方法按以下步骤进行：

一、按质量比为(1～80)∶20的比例称取石墨烯与导电炭黑并混合得混合物；

二、按步骤一所得的混合物、聚四氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的质量比为(15～20)∶1∶100的比例称取步骤一所得的混合物、聚四氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮并放入到球磨机中，球磨混合均匀，得到石墨烯与导电炭黑复合材料浆料；

三、将步骤二得到的石墨烯与导电炭黑复合材料浆料采用刮涂的方法刮涂在导电玻璃上，然后烘干，得到石墨烯与导电炭黑复合材料对电极。

本发明的有益效果是：本发明采用石墨烯和导电炭黑为原料制作对电极膜，成本价廉，制作工艺简单，膜的处理温度降低了180～280℃，同时用高比表面积的导电炭黑与石墨烯混合，改善石墨烯的聚集现象，从而提高体系的导电性能，当对电极膜组成为25％石墨烯+70％导电炭黑+5％PTFE时，体系的光电转化效率最高，超过了传统的铂对电极，而且电极不易中毒。

本发明用于制备染料敏化太阳能电池的对电极。

附图说明

图1为本发明方法所制备的部分对电极膜的XRD谱图，A代表实施例六所制备的对电极膜的XRD谱图，B代表实施例三所制备的对电极膜的XRD谱图，C代表实施例七所制备的对电极膜的XRD谱图；图2为本发明实施例一至五以及对比实验实施例六至八所制备的电池的I-V曲线测试，曲线A代表本发明实施例一所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线B代表本发明实施例二所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线C代表本发明实施例三所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线D代表本发明实施例四所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线E代表本发明实施例五所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线F代表本发明实施例六所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线G代表本发明实施例七所制备的电池的I-V曲线测试谱图，曲线H代表本发明实施例八所制备的电池的I-V曲线测试谱图；图3为本发明实施例三所制备的对电极的20圈循环的CV曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种石墨烯与导电炭黑复合材料对电极的制备方法按以下步骤进行：