離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜及其制備方法和電致變色玻璃的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，特別涉及一種離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜及其制備方法和電致變色玻璃。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)計(jì)2030年我國建筑物能耗將達(dá)到全社會(huì)總能耗的40%左右，而建筑物能耗的30-50%是由窗戶流失。節(jié)能、舒適的綠色智能建筑材料電致變色玻璃成為降低建筑物能耗的首選。當(dāng)前被廣泛接受的電致變色玻璃為“玻璃I透明導(dǎo)電層(TC) I電致變色層(EC) I離子導(dǎo)體層(IC) I離子儲(chǔ)存層(IS) I透明導(dǎo)電層(TC) I玻璃”的夾層結(jié)構(gòu)。在這其中發(fā)生電致變色的主要功能部位是電致變色層，離子導(dǎo)體層的作用主要是為離子在電致變色層與離子儲(chǔ)存層之間往返迀移提供傳輸通道，而對(duì)于離子儲(chǔ)存層來說，其主要作用是提供和儲(chǔ)存電致變色層變色所需要的離子，從而起到平衡電荷的作用。離子導(dǎo)體層即電解質(zhì)層的性能較大地影響電致變色玻璃的使用壽命與效果。目前電致變色玻璃各膜層材料的研究中，電致變色層材料的研究最早也最廣泛，對(duì)離子儲(chǔ)存材料的研究則相對(duì)較少。
[0003]由聚合物和鹽構(gòu)成的聚合物凝膠電解質(zhì)因不必封裝液體、避免漏液和安全性能高等優(yōu)勢，引起了國內(nèi)外深入的探索。近40多年來很多學(xué)者對(duì)聚合物凝膠電解質(zhì)進(jìn)行了大量的探究，并且取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。對(duì)聚合物凝膠電解質(zhì)所做的探究主要集中在兩大方面:
(I)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)，比如梳狀結(jié)構(gòu)的聚合物電解質(zhì)、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造電解質(zhì)、超支化聚合物電解質(zhì)以及共混改性電解質(zhì)等，要有較好的機(jī)械性能、較好的可加工性和化學(xué)穩(wěn)定性。(2)努力提高離子電導(dǎo)率，首先要搞清在聚合物基體中離子傳導(dǎo)及導(dǎo)電的原理，如堿金屬鹽在電解質(zhì)中的游離、結(jié)合狀態(tài)，影響離子電導(dǎo)率的因素，導(dǎo)電模型和機(jī)理等。聚合物凝膠電解質(zhì)能夠普遍使用在多種領(lǐng)域，但是在常溫情況下聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較低，還達(dá)不到實(shí)際使用時(shí)的需求，所以提高聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率成為該系統(tǒng)在實(shí)踐中應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)聚合物凝膠電解質(zhì)的導(dǎo)電原理，為了增大離子電導(dǎo)率，在設(shè)計(jì)合成聚合物凝膠電解質(zhì)時(shí)，最主要的從聚合物基體、堿金屬鹽、添加劑這三方面進(jìn)行探究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有電致變色玻璃制備過程企業(yè)需要制備完成電致變色層、離子導(dǎo)體層和離子儲(chǔ)存層三層材料的大而全的高難度要求，提出制備出單獨(dú)的作為離子導(dǎo)體層的聚合物電解質(zhì)膜，使得玻璃深加工企業(yè)可進(jìn)行凝膠態(tài)電解質(zhì)層的夾膠電致變色玻璃的制備，具有制作方法簡單、合適大面積成膜以及成本低等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明提供一種離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0006]①將聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照比例共混，加入到裝有溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)的容器中攪拌溶解，然后添加聚碳酸酯(PC)、納米T12和高氯酸鋰(LiClO4),在一定溫度下攪拌2?5h得到鑄膜液，常壓下靜置脫泡12?15h，其中，攪拌溫度為 30 ?40 °C;
[0007]②將①中的鑄膜液倒在聚四氟乙烯模板上，延流成膜，將聚四氟乙烯模板置于烘箱中烘干成膜，得到離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜，所述離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜為摻雜聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸鋰(LiClO4)薄膜。
[0008]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述共混中，所述的聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的質(zhì)量比例為3:1?19:1。
[0009]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述的聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的總量在溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)中的濃度為0.08g/ml?0.12g/ml。
[0010]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述的高氯酸鋰(LiClO4)的質(zhì)量與聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)總質(zhì)量的比值關(guān)系是1:5?1:25。
[0011]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述的聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的O?50%。
[0012]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述的聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的10?40%。
[0013]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，所述的納米T12占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的2?14%。
[0014]本發(fā)明還提供一種離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜，采用上述任一所述的離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法制備而成。
[0015]本發(fā)明還提供一種電致變色玻璃，其特征在于:包括第一電極組件、第二電極組件和離子導(dǎo)體層，所述第一電極組件包括第一導(dǎo)電玻璃基底以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電玻璃基底上的電致變色層，所述第二電極組件包括第二導(dǎo)電玻璃基底以及設(shè)置在所述第二導(dǎo)電玻璃基底上的離子儲(chǔ)存層，所述第一電極組件與所述第二電極組件之間夾設(shè)所述離子導(dǎo)體層，所述第一電極組件中設(shè)置電致變色層的一面朝向所述離子導(dǎo)體層、所述第二電極組件中設(shè)置離子儲(chǔ)存層的一面朝向所述離子導(dǎo)體層，所述離子導(dǎo)體層為上述的離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜。
[0016]例如，在電致變色玻璃中，所述第一電極組件、所述第二電極組件以及夾設(shè)在其間的所述離子導(dǎo)體層形成三明治結(jié)構(gòu)，所述第一電極組件、所述離子導(dǎo)體層和所述第二電極組件構(gòu)成一個(gè)整體，所述第一電極組件、所述離子導(dǎo)體層和所述第二電極組件通過環(huán)氧樹脂進(jìn)行邊緣包封。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]⑴本發(fā)明工藝簡單、過程可控、大面積生產(chǎn)，可將聚合物電解質(zhì)單獨(dú)成膜作為電致變色玻璃的離子導(dǎo)體層。
[0019]⑵可促進(jìn)在導(dǎo)電玻璃基底(ΙΤ0玻璃)制造廠商可以在導(dǎo)電玻璃基底上制備電致變色層或者離子儲(chǔ)存層作為獨(dú)立商品出售。
[0020]⑶可促進(jìn)玻璃深加工企業(yè)將獨(dú)立商品的導(dǎo)電玻璃基底/電致變色層、導(dǎo)電玻璃基底/離子儲(chǔ)存層、聚合物電解質(zhì)膜三者的“三明治”形式的組裝，大力發(fā)展電致變色玻璃的商品化進(jìn)程。
[0021]⑷該方法提高了資源、能源的有效利用率，而且安全環(huán)保無污染，對(duì)發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)和建筑材料等產(chǎn)業(yè)技術(shù)有重要現(xiàn)實(shí)意義。
[0022](5)本發(fā)明可利用流延成形可將聚合物電解質(zhì)膜單獨(dú)成膜，可以與在第一導(dǎo)電玻璃基底上形成的電致變色層，在第二導(dǎo)電玻璃基底上形成的離子儲(chǔ)存層形成“三明治”形式復(fù)合在一起，進(jìn)而組裝出電致變色玻璃。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的電致變色玻璃示意圖；
[0024]圖2是圖1的分解圖；
[0025]圖3是實(shí)施例1中電致變色玻璃中作為離子導(dǎo)體層的PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02聚合物電解質(zhì)薄膜截面SEM圖片；
[0026]圖4為實(shí)施例1中電致變色玻璃中作為電致變色層的負(fù)載在ITO玻璃上的摻入
0.05wt %石墨烯WO3薄膜截面的SEM圖片；
[0027]圖5是實(shí)施例1中電致變色玻璃中作為離子儲(chǔ)存層的負(fù)載在ITO玻璃上的摻入0.3 % Ti的V2O5薄膜截面的SEM圖片；
【具體實(shí)施方式】
[0028]聚合物凝膠電解質(zhì)大多數(shù)以聚氧化乙烯(PEO)及其衍生物為基體，但PEO結(jié)晶度高而導(dǎo)致室溫下PEO/鋰鹽聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率低，限制了其在電致變色玻璃中的應(yīng)用。如何提高室溫下PEO/鋰鹽的電導(dǎo)率，成為近年來研究的熱點(diǎn)課題之一。提高PEO/鋰鹽電導(dǎo)率的方法，一是摻雜無機(jī)粒子抑制高分子結(jié)晶，使基體的無定形區(qū)擴(kuò)張來提高其電導(dǎo)率，摻雜的無機(jī)粒子包括納米S12和納米T12等。另一種是通過添加增塑劑降低聚合物的結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，增加非晶區(qū)域含量，進(jìn)而提高電導(dǎo)率，如添加增塑劑聚碳酸酯(PC)和聚乙二醇二甲醚(PEGDME)等，增塑劑和納米無機(jī)粒子共同混合作用于PEO/鋰鹽的研究很少。目前的聚合物電解質(zhì)膜是在電致變色層或者離子儲(chǔ)存層上進(jìn)行涂敷的，需要生產(chǎn)廠家必須完成電致變色層、離子導(dǎo)體層和離子儲(chǔ)存層三層材料的制備，需要生產(chǎn)廠家具有雄厚的科研和生產(chǎn)實(shí)力，這抑制了電致變色玻璃的發(fā)展。
[0029]本發(fā)明中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例給出一種離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0031]①將聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照比例共混，加入到裝有溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)的容器中攪拌溶解，然后添加聚碳酸酯(PC)、納米T12和高氯酸鋰(LiClO4),在一定溫度下攪拌2?5h得到鑄膜液，常壓下靜置脫泡12?15h，其中，攪拌溫度為 30 ?40 °C;
[0032]②將①中的鑄膜液倒在聚四氟乙烯模板上，延流成膜，將聚四氟乙烯模板置于烘箱中烘干成膜，得到離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜，離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜為摻雜聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸鋰(LiClO4)薄膜。
[0033]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，共混時(shí)，聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的質(zhì)量比例為3:1?19:1。
[0034]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的總量在溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)中的濃度為0.08g/ml?0.12g/ml。
[0035]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，高氯酸鋰(LiClO4)的質(zhì)量與聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)總質(zhì)量的比值關(guān)系是1:5?1:25。
[0036]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的O?50%。
[0037]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的10?40%，進(jìn)一步優(yōu)選為15?30%。
[0038]例如，在離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法中，納米T12占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質(zhì)量的2?14%，進(jìn)一步優(yōu)選為5?10%。
[0039]本發(fā)明還提供一種離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜，采用上述任一的離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法制備而成。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電致變色玻璃，包括第一電極組件、第二電極組件和離子導(dǎo)體層，第一電極組件包括第一導(dǎo)電玻璃基底以及設(shè)置在第一導(dǎo)電玻璃基底上的電致變色層，第二電極組件包括第二導(dǎo)電玻璃基底以及設(shè)置在第二導(dǎo)電玻璃基底上的離子儲(chǔ)存層，第一電極組件與第二電極組件之間夾設(shè)離子導(dǎo)體層，第一電極組件中設(shè)置電致變色層的一面朝向離子導(dǎo)體層、第二電極組件中設(shè)置離子儲(chǔ)存層的一面朝向離子導(dǎo)體層，離子導(dǎo)體層為上述的離