[发明专利]一种金属有机凝胶电解质的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及准固态电解质的制备领域，具体涉及一种金属有机凝胶电解质的制备方法，可将其应用于准固态染料敏化太阳能电池上。

背景技术

基于准固态电解质的染料敏化太阳能电池是太阳能电池领域的研究热点之一。准固态电解质不仅可以克服液态电解质易挥发漏液、不易密封等缺陷，又能解决全固态电解质离子电导率低、对电池光阳极的填充性差等问题，被认为是提高电池的长期稳定性，获得高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的有效手段。准固态电解质的制备通常是使用胶凝剂固化液态电解质制备凝胶态电解质，如分别使用小分子有机胶凝剂和聚合物为胶凝剂制备的小分子有机凝胶电解质、聚合物凝胶电解质等。胶凝剂种类、结构不同，则会对所形成的凝胶电解质的光电性能产生影响。金属有机凝胶是利用含金属离子的凝胶因子组装或利用金属离子与有机配体的配位桥联作用固化溶剂形成的凝胶态软物质材料。该类凝胶将金属离子引入到凝胶骨架中，并可通过金属离子的选择、有机配体的设计来调控凝胶的性能，因而在催化、传感、生物医用材料等领域具有良好的应用前景，应用于准固态电解质领域也具有良好的应用价值。

发明内容

实验过程中发现，利用金属有机凝胶溶胀吸收液态电解质有效成分可制备金属有机凝胶电解质，但该法获得的凝胶电解质中有效成分的准确含量不易确定。本发明专利提供一种原位法制备金属有机凝胶电解质，可简化制备过程，可控制备准固态电解质。

本发明的目的在于提供一种原位制备金属有机凝胶电解质的方法，其制备的凝胶电解质可应用于准固态染料敏化太阳能电池。

本发明技术所要制备的金属有机凝胶电解质，是采用金属离子与有机配体为胶凝剂固化液体电解质形成的准固态电解质。

本发明为原位制备金属有机凝胶电解质的方法，是将胶凝剂直接添加于染料敏化太阳能电池液态电解质中，原位固化液态电解质形成凝胶。

本发明的原位法使用的胶凝剂是金属盐和有机配体。所述金属盐为铝盐，所述有机配体是叔丁基吡啶或分子量小于1000的含有二个及以上羧酸基团的羧酸类配体。

本发明的原位法可分别通过以下两种技术方案来实现：

技术方案一的步骤依次如下：

将金属盐溶解于第一溶剂中形成溶液，依次将适量叔丁基吡啶、金属盐溶液添加到含I^-/I₃^-氧化还原电对的电解质溶液中，混合均匀，室温静置获得金属有机凝胶电解质。

作为技术方案一的优选方案，上述制备方法中，所述金属盐为含结晶水的硝酸铝；所述第一溶剂优选为乙醇；所述金属盐在溶剂中的摩尔浓度优选为0.5～3.0mol/L。

进一步，所述含I^-/I₃^-氧化还原电对的电解质溶液包含碘、碘化锂、离子液体、添加剂和第二溶剂。所述离子液体优选为1-丙基,3-甲基碘化咪唑(PMII)、1-甲基,3-丙基碘化咪唑(MPII)、1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑(DMPII)，或1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸酯(EMINCS)中的一种以上。所述添加剂为硫氰酸胍、N-甲基苯并咪唑中的一种以上。所述第二溶剂优选为乙腈、甲氧基丙腈，或乙腈与戊腈的混合溶剂等。所述电解质溶液中，碘的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L，碘化锂的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L，离子液体的摩尔浓度为0.01～6.0mol/L，硫氰酸胍的摩尔浓度为0.01～1.0mol/L，N-甲基苯并咪唑的摩尔浓度为0.01～2.0mol/L，乙腈的体积占混合溶剂体积的85～100％。

进一步，所述金属盐在所得凝胶电解质中的摩尔浓度为0.2～1.0mol/L，叔丁基吡啶在所得凝胶电解质中的摩尔浓度为0.2～2.0mol/L。

技术方案二的步骤依次如下：

将金属盐和有机配体添加到含I^-/I₃^-氧化还原电对的电解质溶液中，混合均匀；将混合溶液加热得到金属有机凝胶电解质。

作为技术方案二的优选方案，上述制备方法中，所述金属盐为含结晶水的铝盐，优选为硝酸铝；所述有机配体为分子量小于1000的含有二个及以上羧酸基团的羧酸类配体。

优选地，所述羧酸类配体为对苯二甲酸、均苯三酸或萘二酸。