[发明专利]一种基于塑性晶体的疏水固体电解质及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体电解质及其应用，尤其涉及一种基于塑性晶体的疏水固体电解质及其应用。

背景技术

电解质是太阳能电池尤其是染料敏化太阳能电池的核心部件，主要起传输氧化还原对的作用，其性能的优劣直接影响太阳能电池的光电转化效率。常见的染料敏化太阳能电池用电解质有液态、准固态、固态等多种形式。其中液态电解质含有机溶剂，存在易泄漏、易挥发、难封装、稳定性差等缺点；准固态电解质中含有少量的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等溶剂，长时间使用也存在渗漏问题，会造成电池稳定性能的下降。因此，具有高效率和高稳定性的固态电解质对于染料敏化太阳能电池的商业化应用意义重大。

随着对固态电解质研究的越来越深入，新的电解质体系越来越多样化，其中塑性晶体就是一种很好的电解质组分。塑性晶体是由各向异性的分子组成的有机离子晶体，随着温度的升高，塑性晶体里的部分各向异性分子变成各向同性分子，但仍然保持固体状态，在受到外力时，其分子虽然容易变形，却不会断裂。由于塑性晶体电导率高，电化学窗口宽，熔点可控，越来越受到大家的重视[D.R.MacFarlane,J.M.Pringle,Energy Environ.Sci.2011,4,2234;Q.Li,X.Chen,J.Zhao,L.Qiu,Y.Zhang,B.Sun,F.Yan,J.Mater.Chem.2012,22,6674]。然而现有技术中基于塑性晶体的固体电解质具有一定的吸水性，能够吸收空气中的水分，影响了太阳能电池的稳定性，或者需要严格的密封封装，增加了太阳能电池的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于塑性晶体且不受空气中水分影响的疏水固体电解质。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于塑性晶体的疏水固体电解质，它由疏水塑性晶体、疏水氧化还原对和添加剂组成，所述的疏水塑性晶体为选自满足下述化学通式的塑性晶体中的一种或多种的组合：

上述化学通式中，TFSI^-为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子，a和b独立地为1～2的整数，n、d和e独立地为1～4的整数，c和f独立地为1～6的整数。

优化地，所述的疏水塑性晶体、疏水氧化还原对和添加剂的重量百分比分别为：

疏水塑性晶体    50%～80%；

疏水氧化还原对  15%～45%；

添加剂          5%～10%。

优化地，所述的疏水氧化还原对由化学通式为的组分组成，上述化学通式中g为1～6的整数，m为1～4的整数，h为14～20的整数。

进一步地，所述化学通式为的组分质量比为1:2～20。

优化地，所述的添加剂为苯并咪唑。

本发明还提供一种基于塑性晶体的疏水固体电解质在染料敏化太阳能电池中的应用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于塑性晶体的疏水固体电解质，由于由疏水塑性晶体、疏水氧化还原对和添加剂组成，因而对空气中的水份不敏感，可以在100%湿度环境下使用，具有高稳定性；应用该疏水固体电解质制备的染料敏化太阳能电池不需要密封封装，

组装程序少，成本低，稳定性和光电转化效率高。

附图说明

图1为本发明基于塑性晶体的疏水固体电解质组装成电池后在密封、不封装条件下电池性能对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述：

本发明基于塑性晶体的疏水固体电解质，它由疏水塑性晶体、疏水氧化还原对和添加剂组成。其中疏水塑性晶体是本发明的核心部分，它是下述塑性晶体化学通式中的一种或多种组成的混合物：

上述化学通式中，TFSI-为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子，a和b独立地为1～2的整数，n、d和e独立地为1～4的整数，c和f独立地为1～6的整数。

为了优化该疏水固体电解质的电导率，使得用此制备的染料敏化太阳能电池具有良好的电池性能，其中疏水塑性晶体为主要成分，占50～80wt%；疏水氧化还原对和添加剂分别为15～45wt%、5～10wt%（wt%为重量百分比）。