含羥基離子液體凝膠復(fù)合電解質(zhì)的制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：液體電解質(zhì)存在易泄漏、不易密封等缺點(diǎn),固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率較低,滿足不了實(shí)際的應(yīng)用,而凝膠復(fù)合電解質(zhì)比液體電解質(zhì)穩(wěn)定,比固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率高,所以得到廣泛研究。由于含有離子液體的凝膠復(fù)合電解質(zhì)具有較高的電導(dǎo)率、良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性,成為目前研究的熱點(diǎn)。但凝膠復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率比液體電解質(zhì)要低得多,而且隨著聚合物基的加入,電導(dǎo)率逐漸降低,因此把提高含離子液體凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率作為研究的重點(diǎn)。染料敏化太陽能電池與硅太陽能電池相比較,具有價(jià)格低廉、制作簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),但采用凝膠復(fù)合電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池比硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低,所以提高光電轉(zhuǎn)換效率成為染料敏化太陽能電池的首要任務(wù)。 本文通過“兩步法”制備出1-(1-羥基丙烷)-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([C3OHMIM]BF4)。在[C3OHMIM]BF4中引入烯類單體原位聚合制備出含[C3OHMIM]BF4的PHEMA基、PMMA基、P(HEMA-MMA)基凝膠復(fù)合電解質(zhì),用紅外(FTIR)、交流阻抗(AC)、熱重(TG)等測試技術(shù)對其結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行表征和研究。結(jié)果表明,當(dāng)烯類單體與離子液體[C3OHMIM]BF4的質(zhì)量比為3：7時(shí),PHEMA基的凝膠復(fù)合電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率為3.06x10-3S·cm-1, PMMA基室溫離子電導(dǎo)率高于PHEMA基,為6.43×10-3S·cm-1, P (HEMA-MMA)基為3.87×10-3S·cm-1。凝膠復(fù)合電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與溫度變化關(guān)系均遵循Arrhenius方程,最大熱分解溫度大于300℃。 采用納米溶膠Si02和Ti02對凝膠復(fù)合電解質(zhì)PMMA-PC-[C3OHMIM]BF4.PHEMA-PC-[C3OHMIM]BF4.P(HEMA-MMA)-PC一[C3OHMIM]BF4進(jìn)行改性,制備出一系列改性凝膠復(fù)合電解質(zhì)。通過紅外、交流阻抗、熱重等測試方法考察改性后電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性等。結(jié)果表明,納米溶膠SiO2的加入使凝膠復(fù)合電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率增加,當(dāng)烯類單體與[C30HMIM]BF4的質(zhì)量比為3：7時(shí),PHEMA基的凝膠復(fù)合電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率為5.26×10-3S·cm-1, PMMA基為8.11×10-3S·cm-1,P(HEMA-MMA)基為7.32×10-3S·cm-1。同等條件下,納米溶膠Ti02的加入其室溫離子電導(dǎo)率更高一些,PHEMA基為5.33×10-3S·cm-1,PMMA基為8.31×10-3S·cm-1,P (HEMA.MMA)基為7.98×10-3S·cm-1。凝膠復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度變化關(guān)系均遵循Arrhenius方程,最大熱分解溫度大于300℃,具有很好的熱穩(wěn)定性。 用KI和I2提供I-/I3-氧化還原電對,以PMMA、PHEMA和P(MMA-HEMA)為基體,制備出一系列凝膠復(fù)合電解質(zhì),組裝染料敏化太陽能電池(DSSC)。研究表明,當(dāng)P(MMA-HEMIA)基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),總的光電轉(zhuǎn)換效率η為1.28%。光照強(qiáng)度越高,η值越大。不同染料溶劑對η值有影響,同等條件下,采用乙醇+乙腈混合溶液,η值更大。當(dāng)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PMMA基凝膠復(fù)合電解質(zhì)組裝DSSC時(shí),其光電轉(zhuǎn)換效率最高,在100mW/cm2的模擬太陽光照射下,測得電池的開路電壓為0.70V,短路電流密度為1.104mA/cm2,總的光電轉(zhuǎn)換效率為1.61%。 【關(guān)鍵詞】：含羥基離子液體 凝膠復(fù)合電解質(zhì) 電導(dǎo)率 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4;TQ427.26
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 前言11
• 1.2 離子液體概述11-12
• 1.3 聚合物電解質(zhì)研究進(jìn)展12-16
• 1.3.1 聚合物電解質(zhì)類型12-13
• 1.3.2 含離子液體凝膠復(fù)合電解質(zhì)的研究進(jìn)展13-16
• 1.4 染料敏化太陽能電池概述16-17
• 1.5 凝膠復(fù)合電解質(zhì)在DSSC中的應(yīng)用研究進(jìn)展17
• 1.6 本實(shí)驗(yàn)研究工作的目的和主要內(nèi)容17-19
• 第二章 含離子液體[C_3OHMIM]BF_4凝膠復(fù)合電解質(zhì)的制備和性能19-34
• 2.1 前言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分19-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器19-20
• 2.2.2 離子液體[C_3OHMIM]BF_4的制備20
• 2.2.3 含[C_3OHMIM]BF_4凝膠復(fù)合電解質(zhì)的制備20-21
• 2.2.4 離子液體和凝膠復(fù)合電解質(zhì)性能測試21-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-33
• 2.3.1 離子液體[C_3OHMIM]BF_4與凝膠復(fù)合電解質(zhì)的FTIR分析22-26
• 2.3.2 溫度及非質(zhì)子溶劑對[C_3OHMIM]BF_4的電導(dǎo)率的影響26-27
• 2.3.3 [C_3OHMIM]BF_4含量對凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響27-29
• 2.3.4 不同烯類單體對凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響29
• 2.3.5 溫度對凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響29-31
• 2.3.6 凝膠復(fù)合電解質(zhì)放置時(shí)間對電導(dǎo)率的影響31
• 2.3.7 凝膠復(fù)合電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性31-33
• 2.4 小結(jié)33-34
• 第三章 含[C_3OHMIM]BF_4的凝膠復(fù)合電解質(zhì)的改性34-42
• 3.1 前言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器34-35
• 3.2.2 改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)制備35-36
• 3.2.3 改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)性能測試36
• 3.3 結(jié)果與討論36-41
• 3.3.1 改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)FTIR分析36-37
• 3.3.2 溫度對改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響37-38
• 3.3.3 改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)放置時(shí)間對電導(dǎo)率的影響38-39
• 3.3.4 改性前后凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的比較39
• 3.3.5 改性的凝膠復(fù)合電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性39-41
• 3.4 小結(jié)41-42
• 第四章 凝膠復(fù)合電解質(zhì)在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用42-52
• 4.1 前言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-46
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器42-43
• 4.2.2 染料敏化太陽能電池用凝膠復(fù)合電解質(zhì)的制備43-44
• 4.2.3 染料敏化太陽能電池的制備44-45
• 4.2.4 性能測試45-46
• 4.3 結(jié)果與討論46-50
• 4.3.1 聚合物基質(zhì)量分?jǐn)?shù)對凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響46-47
• 4.3.2 溫度對凝膠復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響47
• 4.3.3 不同電解質(zhì)組裝的DSSC光電性能比較47-49
• 4.3.4 不同光照強(qiáng)度和不同染料溶劑組分的DSSC光電性能的比較49-50
• 4.4 小結(jié)50-52
• 第五章 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文60-61
• 致謝61-62

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