[发明专利]一种基于双功能兼容电极的光辅助充电电池

说明书

本发明公开了一种基于双功能兼容电极的光辅助充电电池，将太阳能电池与锂离子电池结合在一起，将水热法制备的硫化亚铜作为一个共同电极来实现能量存储与释放的功能，并将硫化亚铜直接刮涂在N719钌染料敏化的二氧化钛光阳极表面，构成一种双功能兼容电极。在复合电极与金属锂之间用电解液浸润并用隔膜分隔并压紧，最终构成一种两电极的光辅助充电电池。这种短路的复合电极充分发挥了硫化亚铜的高催化活性和高容量的特性，而且这种压紧的电池结构可以使电解液充分浸入到活性物质中，从而提高其作为可充电电池的性能。在光照的辅助条件下，可以分别提高充放电的容量，从而提高电池的性能。

技术领域

本发明涉及一种基于双功能兼容电极的光辅助充电电池，属于光电化学储能材料领域。本发明通过直接将Cu₂S贴合于光阳极表面，在一个电极中实现光能到电能的转化并直接存储的功能。

背景技术

在能源问题日趋紧张的情况下，不可再生能源如煤、石油等已不能满足未来对于能源的需求，而且这些不可再生能源也会造成十分严重的环境问题，因此可持续的能源的利用成为研究者们亟待研究的领域。而太阳光作为最普通的清洁能源，蕴含着巨大的能量，也被认为是地球上所有能源资源的最终来源。因此，很多种类将光能转化为电能的太阳能电池便应运而生。但是由于太阳光光照对于地球来说是一种间歇性的能量，这便会降低太阳能电池对太阳光的利用率。普遍的方法是将太阳能电池与可充电电池串联，将太阳能直接存储在可充电电池内，间接的将太阳能应用于日常生活中。

由于直接将两者串联的方式会造成很大的欧姆损失，并且十分占用空间，不易于利用。而将太阳能电池与可充电电池结合为一体化的器件，是直接利用清洁能源(太阳能)的一种有效手段。当光电极受光照产生电子空穴对，光生空穴会驱使内部的离子发生改变，而光生电子会同时通过外电路到达另一电极，二者协同完成光能的转换并将其存储在电池内部，放电则与一般的二次电池相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双功能兼容电极的光辅助充电电池结构，它在充放电过程中接受太阳光照射，均会提高电池的性能。在充电过程中，光照会使充电电压降低和充电容量增加，而在放电过程中进行光照，则会延长放电时间。本发明利用最简单的器件结构使太阳光得到有效的利用，有效提高电池的充放电性能。

本发明提供一种基于双功能兼容电极的光辅助充电电池，由以下部分构成：由Cu₂S直接贴合于染料敏化的二氧化钛光阳极表面，并以FTO导电玻璃为载体的双功能兼容电极；剪切成与Cu₂S活性物质形状相同的金属锂组成的正极；滴加在隔膜两侧的LiTFSI/DOL-DME有机电解液；由聚丙烯微孔膜组成的隔膜；由铜箔组成的正极集流体。金属锂正极粘贴在正极集流体上，双功能兼容电极与金属锂正极之间用电解液浸润并用隔膜分隔后压紧。

本发明所提供的Cu₂S采用水热法合成，具体合成方法如下:

(1)称取CuCl 0.01mol/L-0.1mol/L，CH₄N₂S 0.05mol/L-0.15mol/L和PVP 0.005g/mL-0.01g/mL，混合于等体积的乙醇和乙二醇溶液中，搅拌时长为5min-15min。

(2)将混合溶液倒入高压反应釜内进行高温高压处理，加热温度为120℃-180℃，加压压强为0Mpa-70Mpa，反应时间为6h-18h。

(3)对溶液进行超声离心清洗，离心转速为1000rad/min-8000rad/min,乙醇与水依次清洗至均匀分散状，清洗次数为3次-5次，然后60℃-80℃烘干，保存于水含量0.1ppm，氧含量0.1ppm的环境中。

发明所提供的N719染料敏化的二氧化钛光阳极制备方法如下：