含羟基离子液体凝胶复合电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：液体电解质存在易泄漏、不易密封等缺点,固态电解质电导率较低,满足不了实际的应用,而凝胶复合电解质比液体电解质稳定,比固态电解质电导率高,所以得到广泛研究。由于含有离子液体的凝胶复合电解质具有较高的电导率、良好的机械性能和热稳定性,成为目前研究的热点。但凝胶复合电解质的电导率比液体电解质要低得多,而且随着聚合物基的加入,电导率逐渐降低,因此把提高含离子液体凝胶复合电解质电导率作为研究的重点。染料敏化太阳能电池与硅太阳能电池相比较,具有价格低廉、制作简单、性能稳定等优点,但采用凝胶复合电解质的染料敏化太阳能电池比硅太阳能电池的光电转换效率低,所以提高光电转换效率成为染料敏化太阳能电池的首要任务。 本文通过“两步法”制备出1-(1-羟基丙烷)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C3OHMIM]BF4)。在[C3OHMIM]BF4中引入烯类单体原位聚合制备出含[C3OHMIM]BF4的PHEMA基、PMMA基、P(HEMA-MMA)基凝胶复合电解质,用红外(FTIR)、交流阻抗(AC)、热重(TG)等测试技术对其结构、电导率、热稳定性等进行表征和研究。结果表明,当烯类单体与离子液体[C3OHMIM]BF4的质量比为3：7时,PHEMA基的凝胶复合电解质室温离子电导率为3.06x10-3S·cm-1, PMMA基室温离子电导率高于PHEMA基,为6.43×10-3S·cm-1, P (HEMA-MMA)基为3.87×10-3S·cm-1。凝胶复合电解质的离子电导率与温度变化关系均遵循Arrhenius方程,最大热分解温度大于300℃。 采用纳米溶胶Si02和Ti02对凝胶复合电解质PMMA-PC-[C3OHMIM]BF4.PHEMA-PC-[C3OHMIM]BF4.P(HEMA-MMA)-PC一[C3OHMIM]BF4进行改性,制备出一系列改性凝胶复合电解质。通过红外、交流阻抗、热重等测试方法考察改性后电解质的结构、电导率、热稳定性等。结果表明,纳米溶胶SiO2的加入使凝胶复合电解质的离子电导率增加,当烯类单体与[C30HMIM]BF4的质量比为3：7时,PHEMA基的凝胶复合电解质室温离子电导率为5.26×10-3S·cm-1, PMMA基为8.11×10-3S·cm-1,P(HEMA-MMA)基为7.32×10-3S·cm-1。同等条件下,纳米溶胶Ti02的加入其室温离子电导率更高一些,PHEMA基为5.33×10-3S·cm-1,PMMA基为8.31×10-3S·cm-1,P (HEMA.MMA)基为7.98×10-3S·cm-1。凝胶复合电解质的电导率与温度变化关系均遵循Arrhenius方程,最大热分解温度大于300℃,具有很好的热稳定性。 用KI和I2提供I-/I3-氧化还原电对,以PMMA、PHEMA和P(MMA-HEMA)为基体,制备出一系列凝胶复合电解质,组装染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明,当P(MMA-HEMIA)基质量分数为10%时,总的光电转换效率η为1.28%。光照强度越高,η值越大。不同染料溶剂对η值有影响,同等条件下,采用乙醇+乙腈混合溶液,η值更大。当采用质量分数为10%的PMMA基凝胶复合电解质组装DSSC时,其光电转换效率最高,在100mW/cm2的模拟太阳光照射下,测得电池的开路电压为0.70V,短路电流密度为1.104mA/cm2,总的光电转换效率为1.61%。 【关键词】：含羟基离子液体 凝胶复合电解质 电导率 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;TQ427.26
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 前言11
• 1.2 离子液体概述11-12
• 1.3 聚合物电解质研究进展12-16
• 1.3.1 聚合物电解质类型12-13
• 1.3.2 含离子液体凝胶复合电解质的研究进展13-16
• 1.4 染料敏化太阳能电池概述16-17
• 1.5 凝胶复合电解质在DSSC中的应用研究进展17
• 1.6 本实验研究工作的目的和主要内容17-19
• 第二章 含离子液体[C_3OHMIM]BF_4凝胶复合电解质的制备和性能19-34
• 2.1 前言19
• 2.2 实验部分19-22
• 2.2.1 实验试剂和仪器19-20
• 2.2.2 离子液体[C_3OHMIM]BF_4的制备20
• 2.2.3 含[C_3OHMIM]BF_4凝胶复合电解质的制备20-21
• 2.2.4 离子液体和凝胶复合电解质性能测试21-22
• 2.3 结果与讨论22-33
• 2.3.1 离子液体[C_3OHMIM]BF_4与凝胶复合电解质的FTIR分析22-26
• 2.3.2 温度及非质子溶剂对[C_3OHMIM]BF_4的电导率的影响26-27
• 2.3.3 [C_3OHMIM]BF_4含量对凝胶复合电解质电导率的影响27-29
• 2.3.4 不同烯类单体对凝胶复合电解质电导率的影响29
• 2.3.5 温度对凝胶复合电解质电导率的影响29-31
• 2.3.6 凝胶复合电解质放置时间对电导率的影响31
• 2.3.7 凝胶复合电解质的热稳定性31-33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 含[C_3OHMIM]BF_4的凝胶复合电解质的改性34-42
• 3.1 前言34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 实验试剂与仪器34-35
• 3.2.2 改性的凝胶复合电解质制备35-36
• 3.2.3 改性的凝胶复合电解质性能测试36
• 3.3 结果与讨论36-41
• 3.3.1 改性的凝胶复合电解质FTIR分析36-37
• 3.3.2 温度对改性的凝胶复合电解质电导率的影响37-38
• 3.3.3 改性的凝胶复合电解质放置时间对电导率的影响38-39
• 3.3.4 改性前后凝胶复合电解质电导率的比较39
• 3.3.5 改性的凝胶复合电解质的热稳定性39-41
• 3.4 小结41-42
• 第四章 凝胶复合电解质在染料敏化太阳能电池中的应用42-52
• 4.1 前言42
• 4.2 实验部分42-46
• 4.2.1 实验试剂与仪器42-43
• 4.2.2 染料敏化太阳能电池用凝胶复合电解质的制备43-44
• 4.2.3 染料敏化太阳能电池的制备44-45
• 4.2.4 性能测试45-46
• 4.3 结果与讨论46-50
• 4.3.1 聚合物基质量分数对凝胶复合电解质电导率的影响46-47
• 4.3.2 温度对凝胶复合电解质电导率的影响47
• 4.3.3 不同电解质组装的DSSC光电性能比较47-49
• 4.3.4 不同光照强度和不同染料溶剂组分的DSSC光电性能的比较49-50
• 4.4 小结50-52
• 第五章 结论52-54
• 参考文献54-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61-62

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

碱性电解质膜直接甲醇燃料电池    夏朝阳,黄爱宾,汪洋,卢善富,庄林,陆君涛,肖超渤

聚醚侧链型聚硅氧烷对含氟聚合物凝胶锂离子电解质膜性能的影响    张诚;陈月明;李浩;麻小挺;朱宝库;

碱性电池用准固态聚合物电解质膜    吴锋,毛立彩

高稳定性化学交联聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮碱性固体电解质膜    傅婧;乔锦丽;马建新;

PVDF-PMMA/LiClO_4/TiO_2电解质膜的研究    范财政;黄大庆;赵东林;

聚合物锂离子电池用凝胶电解质的研究进展    倪冰选;焦晓宁;阮艳莉;

非织造布增强凝胶电解质膜制备与性能研究    倪冰选;张鹏;焦晓宁;

强碱性固体凝胶电解质电性能研究    宋文生;李国芝;卢敏;刘翠云;

聚合物质子传导电解质膜的研究进展    龚春丽,管蓉,杨世芳,邹华,陆威

YSZAl_2O_3电解质膜管制备及其应用    贺天民,吕喆,裴力,管鹏飞,黄应龙,刘巍,黄喜强,刘志国,刘江,苏文辉

聚膦腈接枝季铵及季磷基团作为阴离子交换膜燃料电池电解质膜的研究    樊建涛;李瑞;邹静;王芳辉;汪中明;韩克飞;朱红;

ScSZ电解质修饰膜-电极界面的研究    王振卫;董永来;佘云川;张敏;程谟杰;张华民;

Cr_2O_3负极材料的固体电解质膜    张世超;沙金;白莹;胡进;李泓;

LAGP作主相和填料相的PEO基复合电解质膜的制备及其性能表征    余涛;谢凯;韩喻;王珲;

固体氧化物燃料电池两种电解质膜制备方法的研究及应用    张耀辉

直接甲醇燃料电池用电解质膜的研究    宋文生

碱掺杂聚丙烯酰胺凝胶电解质膜的研究    张上

固体氧化物燃料电池双层电解质膜的制备及应用    李勇

不同阳极支撑体上钐掺杂氧化铈电解质膜的制备与性能    刘杰

染料敏化太阳能电池中离子液体基凝胶复合电解质膜的性能及优化    胡强

丝网印刷制备电解质膜工艺参数研究    赵莉君

凝胶聚合物电解质膜的制备研究    徐艳萍

含羟基离子液体凝胶复合电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用    陈林