專(zhuān)利名稱(chēng)：富勒烯蓄能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種能將所吸收的太陽(yáng)能、機(jī)械能或靜 電能轉(zhuǎn)換成直流電能的富勒烯蓄能電池。
背景技術(shù)：
有機(jī)/聚合物異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，由于其具有重量輕、制備簡(jiǎn)單、成本低、可制成 柔性器件(可巻曲或折疊型)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛重視。1993 年N.S.Sariciftci (Synth. Met， 1993.59: 333-352)提出了共軛聚合物/富勒烯(C60) 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池中共軛聚合物與Ce。之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，C6。分子具有的超快 速電子轉(zhuǎn)移功能，引起了全世界的關(guān)注，人們開(kāi)始了研發(fā)C6。/聚合物電池的新方向。 1994-1995年G. Yu等人制備了電子給體-受體互穿網(wǎng)絡(luò)型的聚合物/富勒烯(C6。)本體異 質(zhì)結(jié)型太陽(yáng)能電池，把聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率ri提高到了 2 . 91% (Science, 1995.270: 1789-1791) 。 (:6。/聚合物型太陽(yáng)能電池按電池結(jié)構(gòu)成份(形態(tài))可分為C6。/ 聚合物雙層膜(異質(zhì)結(jié))，和Ce。/聚合物或高聚物的單層膜(同質(zhì)結(jié))。在Q型的電池 中，電子給體材料一般為共軛聚合物，如聚噻吩和聚苯亞乙烯衍生物等；而電子受體材 料一般為"。的衍生物PCBM，其中研究最多的是聚3-垸基噻吩(P3HT) /PC麗和 MEH-PPV/PCBM兩類(lèi)"本體-異質(zhì)結(jié)"太陽(yáng)能電池。W. Ma等(Adv. Funet. Mater. ， 2005， 15: 1617-1622)采用優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，對(duì)P3HT/PCBM的聚合物太陽(yáng)能電池通過(guò)熱處理， 光電轉(zhuǎn)換效率提高到了 4-5%，開(kāi)路電壓VfO. 607 V，短路電流I^10.631mA/Cm2，填 充系數(shù)FF:O. 617，這是目前P3HT/PCBM體系最高的光電轉(zhuǎn)換效率；但與傳統(tǒng)硅基板太 陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率甲12%相比還比較低，通常認(rèn)為，8%的光電轉(zhuǎn)換效率是可實(shí) 現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的最低值。所以，進(jìn)一步提高此類(lèi)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前聚合物太 陽(yáng)能電池研究的重點(diǎn)。椐國(guó)外最新的研究報(bào)道(太陽(yáng)能，2007.5: 64) ， WaKe Forest University的研究人員最近宣稱(chēng)通過(guò)使用類(lèi)似于樹(shù)葉紋理的光吸收塑料，制成了 "納 米燈絲"(n肌o filaments)使電池具有更厚的吸收層，可捕捉更多的太陽(yáng)光，己將塑 料太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高到了6%以上。2007年7月13 R出版的美國(guó)"科學(xué)" 雜志上刊登了美國(guó)加洲大學(xué)圣芭芭拉分校的Alan Heeger教授(2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 得主)和韓國(guó)科學(xué)家李光熙等人利用植物光合作用原理研制出的塑料太陽(yáng)能電池，其光
電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到6. 5%， Heeger認(rèn)為該技術(shù)可在三年后進(jìn)入市場(chǎng)。
目前影響和決定C6。/聚合物型太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率偏低的主要原因是(1)吸收 光譜與太陽(yáng)光譜不匹配，使太陽(yáng)光利用率低；(2)載流子遷移率低，致使電荷傳輸效率 低；(3)共軛聚合物給體和受體C6。的聚集態(tài)及它們之間的相分離會(huì)嚴(yán)重影響給體/受體 互穿網(wǎng)的形成，從而影響到電荷的分離與傳輸；(4) Ce。的溶解性極大地制約了它的優(yōu)良 的電子受體功能的發(fā)揮和和應(yīng)用范圍； Q經(jīng)共價(jià)改性后的衍生物極大地削弱了 C6。 分子特有的可逆還原氧化的優(yōu)異性能，也使原本游離態(tài)C6。分子具有高速轉(zhuǎn)動(dòng)(105 106HZ)效應(yīng)在能量交換和吸收過(guò)程中的"天性"完全喪失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)目前存在的主要不足之處，經(jīng)發(fā)明人長(zhǎng)期從事 催化劑探索研究和工業(yè)實(shí)踐，特別是對(duì)富勒烯材料基礎(chǔ)研究的積累，深深地洞察到富勒 烯分子本身蘊(yùn)藏著"質(zhì)量、能量和信息"，在分子體系中表現(xiàn)出多電子受體的功能和可 逆還原氧化特性；又根據(jù)綠色植物光合作用原理和機(jī)制，開(kāi)發(fā)成功了能將所吸收的太陽(yáng) 光能、機(jī)械能和靜電能轉(zhuǎn)化為直流電能的富勒烯蓄能電池。
本發(fā)明的另一目的是提供一種富勒烯蓄能電池液及其制備方法。
本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池包括下列結(jié)構(gòu)電池 陽(yáng)極(+ ) /富勒烯蓄能電池液的芯/陰極(-)；
陽(yáng)極(+ ) /類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-仏0/富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性 高分子-&0/陰極(-)；
陽(yáng)極(+ ) /類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-H20/富勒烯蓄能電池液的芯/陰極(-);
陽(yáng)極(+ ) /富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性高分子-H20/陰極(-)； 組裝在聚酯膜(PET)上，構(gòu)成可折疊式(巻式)薄膜型富勒烯蓄能電池;或上述單個(gè) 富勒烯蓄能電池并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成的電池組件。
其中，陽(yáng)極(+ )材料包括有ITO玻璃電極、AU電極或碳電極如導(dǎo)電石墨電極等；
陰極(一)材料包括有Al電極或Ti電極等。 按照本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池中，所述富勒烯蓄能電池(簡(jiǎn)稱(chēng)蓄能電池)包括
單個(gè)或其并聯(lián)的或串聯(lián)的富勒烯蓄能電池組件，即其電池的結(jié)構(gòu)方式分為兩種類(lèi)型
第一種是單個(gè)富勒烯蓄能電池；第二種是把多個(gè)富勒烯蓄能電池根據(jù)規(guī)定的電壓、電
流值進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)建成相應(yīng)的電池組件。每個(gè)蓄能電池的電池液結(jié)構(gòu)成份之間的
連接方式也分為兩種類(lèi)型第一種是采用蓄能電池液(芯)各成份之間按逐層涂敷或
浸涂在陽(yáng)極(+ )和陰極(-)之間；第二種是采用先將蓄能電池液(芯)分別浸涂于 多層纖維素膜表面，再與陽(yáng)極(+ )和陰極(-)組成蓄能電池。陽(yáng)極(+ )或陰極(-) 與電池液之間的連接可以用浸涂或蒸鍍金屬電極的方式，也可用制作電池的公知技術(shù) 制造。蓄能電池液的厚度控制在200nm 1. 5mm，蓄能電池液浸涂於纖維素膜上總厚 度在0.2 1. 5 mm之間。電池液及各層纖維素膜間應(yīng)有足量水分，該水分是在電池液 制備中所加適量水，如果電池采用封閉型，其中水分不易被蒸發(fā)，就能保持足量水分； 若開(kāi)放型，在使用過(guò)程中，可補(bǔ)加適量水分。在日光照射下，可測(cè)得這種富勒烯蓄能 電池的性能參數(shù)開(kāi)路電壓V。e0. 6 1. 5V (可調(diào))，短路電流Isc-lmA 12mA/ cm、可調(diào))，填充系數(shù)FF》0. 8，光電轉(zhuǎn)換效率『4 15% (可調(diào))，預(yù)期可超過(guò)20%， 連續(xù)使用壽命目前已超過(guò)1000h.，預(yù)期可達(dá)五年以上。也可將多個(gè)富勒烯蓄能電池進(jìn) 行串聯(lián)和并聯(lián)，或與普通電池(如5號(hào)，7號(hào)電池)串并聯(lián)后使用。若將多個(gè)富勒烯蓄 能電池經(jīng)串或并聯(lián)后即可驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(驅(qū)動(dòng)電壓》1. 6v)。在普通的日光下，在 陰雨天甚至在晚間無(wú)光照下，仍能點(diǎn)亮發(fā)光二極管，連續(xù)工作己超過(guò)1000h.，還在繼 續(xù)使用中。在陽(yáng)光直射下，富勒烯蓄能電池的光電流迅速增加，增加值是普通日光(漫 射光)下的1 2倍。有較高的光電流響應(yīng)靈敏度，可用于制作新型光敏元件。上述電 池參數(shù)中"可調(diào)" 一詞是指當(dāng)提高富勒烯蓄能電池液中如Ce。等的含量時(shí)，電池參數(shù)Voc 、Isc、 FF和T]在一定范圍內(nèi)可隨之提高。本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池還可以將電池 液與陽(yáng)極(+ )、陰極(-) 一起組裝在聚酯膜上構(gòu)建成"巻式"即可"折疊式"薄膜 型電池組件。
按照本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池中的富勒烯蓄能電池液由包括富勒烯(用Ce。表 示)、兩親性高分子(用PVP表示)、類(lèi)胡蘿卜素(用C表示)、H20的非共價(jià)型多元 分子復(fù)合物按不同組合經(jīng)機(jī)械研磨制得。其組合方式為富勒烯-兩親性高^(guò)>子_類(lèi)胡 蘿卜素-&0;類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-H20;富勒烯-兩親性高分子-H20，其中"富勒 烯-兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-H20"這一組合稱(chēng)為是富勒烯蓄能電池液的芯，從而組合
成上述結(jié)構(gòu)的富勒烯蓄能電池的電池液，即/富勒烯蓄能電池液的芯/;類(lèi)胡蘿卜素-
兩親性高分子-H20/富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性高分子-H20/; /類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-仏0/富勒烯蓄能電池液的芯/; /富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性 高分子-H20/。其中富勒烯-兩親性高分子-類(lèi)蘿卜素-ftO的非共價(jià)型多元分子復(fù)合物作 為富勒烯蓄能電池液的總稱(chēng)(簡(jiǎn)寫(xiě)成C6。-PVP-C_H20)。構(gòu)成本發(fā)明富勒烯蓄能電池的 電池液中富勒烯為Ce。和/或C6。/C7。、 G。Cln和/或C6。Cln/UCln，優(yōu)選為CM、 Cfi。/C7。(混
合物)與C6。Cln和/或C6。Cln /C7。Cln (混合物);C6。純度為98 99% (Wt%) ， C6。/C7。 混合物中C6。/C7。=85/15(Wt/Wt)，其中含有少量高碳數(shù)富勒烯如C84…Cioo…C540; C6。Cln 、C7。Cln中氯原子數(shù)n=10 24; C胡或C6。/C7。， C6。Cln或CMCln/C7。Cln為市售產(chǎn)品或用
己知技術(shù)自制，以下均以Ce。代表富勒烯。
所述兩親性高分子包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和各種纖維素膜，如硝酸纖維素膜、 乙酸纖維素膜等。優(yōu)選為PVP，其粘均分子量在3000至700, 000，其分子結(jié)構(gòu)中既有極 性較強(qiáng)的內(nèi)酰胺基(-N< )和羰基(>O0)，在分子環(huán)或長(zhǎng)鏈上又具有非極性的亞甲 基(_CH2-)及次亞甲基(>CH-)，對(duì)應(yīng)的商品牌號(hào)有PVP: Kl2， Kl7, K30， K90等。
所述類(lèi)胡蘿卜素包括有e-胡蘿卜素、番茄紅素、葉黃素、玉米黃素、蝦青素或
藻黃素等。
所述類(lèi)胡蘿卜素外觀呈橙紅色粉狀物，是幾種光合色素的混合物，其可見(jiàn)吸收光譜
特征類(lèi)似于植物向光性作用譜，可從市售產(chǎn)品中抽提得，這里用C代表類(lèi)胡蘿卜素。富 勒烯蓄能電池液可簡(jiǎn)單表示為Cs。-PVP-C-H20非共價(jià)型多元分子復(fù)合物。
按照本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池的電池液的制備方法包括下列步驟
(1) ，將富勒烯如C6o或C6。/C7。(混合物)與C6oCln或C6Q Cln/C7QCln (混合物)按
重量比l: 0. l到l: 1，固相研磨混合；
(2) ，將兩親性高分子如PVP與步驟1的富勒烯(C6Q)研膺混合，其中C6Q/PVP重 量比為1/100 20/100，研磨過(guò)程中加適量蒸餾水，得富勒烯-兩親性高分子-1120
(C6o-PVP-H20)粘稠狀液體；
(3) ，將兩親性高分子如PVP與類(lèi)胡蘿卜素(C)按重量比100: 1至100: 20，研磨 混合，研磨過(guò)程中加適量蒸餾水，得兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-1120 (PVP-C-H20)粘 稠狀液體；
(4) ，將步驟(2)和(3)中的研磨混合料再在室溫下進(jìn)行一起研磨，研磨時(shí)間為10 1000h.，優(yōu)選在光照條件下研磨，直至研磨液呈粘稠狀液體，即為富勒烯-兩親性高分 子-類(lèi)胡蘿卜素-H20 (C6()-PVP-C-H20)粘稠狀液體；
(5) ，或?qū)⑸鲜霾襟E(2)， (3)， (4)中的研磨粘稠狀液適量，分別涂在硝酸纖維素膜或乙 酸纖維素膜上。
上述研磨過(guò)程優(yōu)選在光照下的N2氣氛或空氣中進(jìn)行。 -本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池的富勒烯蓄能電池液中所述的富勒烯以U或C6。/C7。 混合物、C6。CLn或C6。an/C7。CLn混合物為主要成分，并含有少量或微量高碳數(shù)富勒烯如
C540等。富勒烯分子(C6。)的三維剛性分子骨架上分布著7i-:r共軛體系，其固體樣品在 400 800nrn范圍內(nèi)的漫射吸收光譜有兩個(gè)特征帶，分別在450nm和650nm左右，富勒烯 分子本身蘊(yùn)藏著"質(zhì)量、能量和信息"，主要表現(xiàn)在室溫下晶格中的Q分子可繞著一 個(gè)固定點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在105 106Hz，在分子體系中表現(xiàn)出多電子受體的功能 和可逆還原氧化特性。它在蓄能電池液Ceo-PVP-OH20的非共價(jià)型多元分子復(fù)合物中具 有如下功能在吸收可見(jiàn)光后的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著電子受體(Acc印tor)作用； 具有多步(多個(gè))電子接受轉(zhuǎn)移的受體作用和多電子存儲(chǔ)庫(kù)這一特異功能；還具有得失 電子的還原氧化過(guò)程的可逆性。從而降低了光誘導(dǎo)電子遷移(ET)過(guò)程的電子重組能， 加速了光誘導(dǎo)電荷分離和電荷移動(dòng)，同時(shí)減慢了電荷的復(fù)合(CR)過(guò)程。類(lèi)胡蘿卜素具 有"天線"分子的作用，其分子鏈中存在較大的7T-7t共軛體系，與綠色植物體內(nèi)的蘭光 受體被稱(chēng)謂隱花色素(cryotochrome)的分子結(jié)構(gòu)十分相似，在C6。-PVP-C_H20的非共價(jià) 型多元分子復(fù)合物吸收可見(jiàn)光后的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著電子給體作用(Donor)。 兩親性高分子如PVP具有特殊結(jié)構(gòu)的分子鏈， 一方面起著連接G。分子和類(lèi)胡蘿卜素的 橋和紐帶作用；另一方面在其分子鏈間吸附著大量水分子，中間存在著三維方向上的"互 穿網(wǎng)絡(luò)"式的氫鏈，成為光誘導(dǎo)電子遷移的優(yōu)良通道一無(wú)勢(shì)壘的電子隧道效應(yīng)。PVP這 一特殊功能與其分子結(jié)構(gòu)中存在內(nèi)酰胺基團(tuán)和羰基.以及非極性基團(tuán)緊密相關(guān)。前者使 其有親水、親極性基團(tuán)的能力，后者使其能溶解諸如12、 (3 —胡蘿卜素、富勒烯等一類(lèi) 非水溶性的物質(zhì)。PVP還能與大部份無(wú)機(jī)鹽類(lèi)有較好的絡(luò)合相溶性，如與Fe、 M,n、 Co、 Ni和Ag等金屬離子生成絡(luò)合物。還能與一系列高聚物形成透明澄清溶液，可形成均勻 透明膜，在〉320nm可見(jiàn)光區(qū)無(wú)任何吸收帶，故不影響富勒烯蓄能電池液對(duì)可見(jiàn)光的吸 收作用。在特定的研磨條件下，如在宏、微觀的機(jī)械研磨和光的作用下，PVP顯現(xiàn)電子 給體功能；而作為兩親性高分子的硝酸纖維素膜和乙酸纖維素膜(以下簡(jiǎn)稱(chēng)纖維素膜) 表面具有可提供的靜電能。從以上的說(shuō)明可看出，C6。-PVP-C-H20的非共價(jià)型多元分子復(fù)
合物電池液在吸收太陽(yáng)光譜后，非常易于形成長(zhǎng)壽命電荷分離態(tài)(CS): (C6。)—n-(PVP-C)
+"或(Cfi。) —n- (PVP-C/纖維素膜)+n，其壽命會(huì)達(dá)到毫秒級(jí)或秒級(jí)。這種被稱(chēng)之謂"分
子電池"單元就成為富勒烯蓄能電池液的核心(或稱(chēng)芯片)和富勒烯蓄能電池的"活性 材料"，這就是本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池的作用原理。 本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池的特點(diǎn)為
1. 制備工藝簡(jiǎn)單、高效、無(wú)毒。
2. 富勒烯蓄能電池液的各組成份的分子間通過(guò)非共價(jià)型連接成分子復(fù)合物，百分之百的發(fā)揮和利用了 U分子材料自身所特有的各種功能。
3. 該種蓄能電池是一種模擬綠色植物光合作用原理的太陽(yáng)能電池。
4. 可將系列蓄能電池組件組裝在聚酯膜上構(gòu)建成"巻式"(可折疊式)薄膜型太陽(yáng) 能光伏電池。
5. 可將系列蓄能電池經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組裝成電池組件，實(shí)現(xiàn)完全意義上的太陽(yáng)能光電 解水制氫(同時(shí)可制氧氣)工藝。
6. 本發(fā)明提供的富勒烯蓄能電池液成為太陽(yáng)能光伏電池的"活心材料"或稱(chēng);t謂"芯
片"，現(xiàn)已制成了有商業(yè)應(yīng)用前景的富^烯蓄能電池。
7. 該種富勒烯蓄能電池的光電轉(zhuǎn)換效率11=4 15%，可望超過(guò)20%，完全達(dá)到了目前 商業(yè)開(kāi)發(fā)的要求。
8. 該種富勒烯蓄能電池液的主要成分，可改制成新型光敏元件的芯片，亦可改制成 新型光能一機(jī)械能一靜電能互相轉(zhuǎn)換的直流發(fā)電裝置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將用下面的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于列舉 的實(shí)施例。
實(shí)施例1
將C6。與Ce。Cln (其中n=20)(簡(jiǎn)稱(chēng)C6。)按重量比在100: 10進(jìn)行混合，置於瑪瑙
研缽中邊研磨邊加入按重量比在Ce。
PVP=10: 100添加PVP粉末，同時(shí)加適量蒸餾水，
研磨ioh.后，再添加e—胡蘿卜素(簡(jiǎn)稱(chēng)C)，加量按重量比在C: PVP=10: 100，研 磨時(shí)間在20 150h.。
研磨過(guò)程在室溫空氣中進(jìn)行， 一直研磨到形成棕褐色粘稠狀液體，這就制成了富勒 烯蓄能電池液的芯，即C6。-PVP-C-H20。
實(shí)施例2
實(shí)施例2的制備步驟相同于實(shí)施例1，不同的是用C6。代替G。與C6。Cln，直接置于瑪 瑙研缽中與PVP—起研磨。 ，
實(shí)施例3
實(shí)施例3的制備步驟相同于實(shí)施例1，不同的是用Ce。/C7?；旌衔锎嫫渲蠧6。。
實(shí)施例.4
實(shí)施例4的制備步驟相同于實(shí)施例1，不同的是用C6。/C7。混合物與C6。Cln/C7。Cln混 合物代替C6。與C6。Cln。
實(shí)施例5
實(shí)施例5的制備步驟相同于實(shí)施例i，不同的是用番茄紅素代替e-胡蘿卜素，制
備富勒烯蓄能電池液的芯，即C6。(為Ce。/C6。Cln簡(jiǎn)稱(chēng))-PVP-C-H20，具有同樣功能。
實(shí)施例6
將Ce。與PVP按重量比為20: 100于瑪瑙研缽中研磨50 100小時(shí)，同時(shí)在研磨過(guò) 程中加適量蒸餾水，得到C6。-PVP-H20的富勒烯蓄能電池液。
實(shí)施例7
將PVP與e-胡蘿卜素按重量比為100: 10于瑪瑙研缽中研磨20小時(shí)，同時(shí)在研磨 過(guò)程中加適量蒸餾水，得到PVP-C_H20的富勒烯蓄能電池液。
實(shí)施例8
取例l中制得的富勒烯蓄能電池液的芯2. 5ml，以單層結(jié)構(gòu)成份方式涂敷于石墨電 極(或板)上，作為電池的陽(yáng)極(+ )，再連接鋁電極為陰極(-)。在密封保持電池液 內(nèi)有適量水分的條件下，比較測(cè)定在陽(yáng)光照射下和在一般室內(nèi)的漫射光下的電池參數(shù)， 光照下的開(kāi)路電壓V。c=700 mV，短路電流Isc:3. 5 mA/cm 2 。
將這種簡(jiǎn)易的富勒烯蓄能電池在日光下照射l 2h.后，把多個(gè)富勒烯蓄能電池串 聯(lián)，可直接驅(qū)動(dòng)市售的發(fā)光二極管(驅(qū)動(dòng)電壓》1. 6V)。在日光照射下，電路中的光 電流值會(huì)隨日光強(qiáng)度而出現(xiàn)起伏，即增大或降低。夜間無(wú)日光時(shí)電路中的發(fā)光二極管仍 可一直點(diǎn)亮，但電流值僅為日光下的1/3 1/5。
實(shí)施例9
取例1中制備的富勒烯蓄能電池液的芯2. 5ml，和P -胡蘿卜素-PVP-H20的研磨液 及C6o-PVP-H20的研磨液(適量)，按多層結(jié)構(gòu)成分方式，采用通用電池制作方法制成 陽(yáng)極(+ ) /卩一胡蘿卜素-PVP-H20/富勒烯蓄能電池液的芯/CVPVP-H20/陰極(一)
封裝簡(jiǎn)易的富勒烯蓄能電池。其中電極材料為陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鋁電極。若將
電池液內(nèi)C6()、 C6C)Cln、 胡蘿卜素的用量提高一倍，這種富勒烯蓄能電池可在普通 室內(nèi)漫射日光下同樣按例8中的方式，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。在陽(yáng)光照射下還可提高電 池的有關(guān)性能參數(shù)，其開(kāi)路電壓Voc^. 9V，短路電流Isf7mA/cin2。用一個(gè)上述富勒 烯蓄能電池和一節(jié)舊的5號(hào)電池(電壓《1. 4V)串聯(lián)，可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，長(zhǎng)時(shí)間 工作。
實(shí)施例10
取例1中制備的富勒烯蓄能電池液的芯，即C6。-PVP-C-H20， 3. 5ml，可分三層浸涂
于硝酸纖維素膜上，緊緊粘貼在作為陽(yáng)極(+ )的光譜純石墨表面，再連接上鋁電極為 陰極(_)，就構(gòu)建成了簡(jiǎn)易富勒烯蓄能電池。電池性能與例8相似。
實(shí)施例11
以光譜純石墨盤(pán)(#3 5cm)或浸涂有導(dǎo)電炭黑的PET膜為陽(yáng)極(+ )，在上面分層 (3或4層)覆蓋含富勒烯蓄能電池液的硝酸纖維素膜，第一層浸涂C-PVP-H20電池液， 第二層或第三層均是浸涂C6。-PVP-C-H20電池液的芯；最后一層浸涂C6。/PVP-H20，再在膜 上連接鋁電極為陰極(一)，就構(gòu)建成了簡(jiǎn)易富勒烯蓄能電池。
在一般的"。濃度下(取富勒烯蓄能電池液2 5ml)，在日光照射下，可測(cè)得電池 參數(shù)
Voc=700 mV， Isc=5 mA/cra 2。
在G。濃度提高為3 5倍時(shí)，在日光下可測(cè)得電池參數(shù)
Voc=l. 3 V， Isc=10 mA/cm2。
以多層結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易富勒烯蓄能電池為例，連續(xù)使用(驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作)時(shí)間已超1000 小時(shí)(h.)，光電轉(zhuǎn)換效率『8%。
實(shí)施例12
實(shí)施例12與實(shí)施例8相似，不同之處是將富勒烯蓄能電池液的芯涂敷于涂有導(dǎo)電炭 黑的PET膜上，制成封閉的簡(jiǎn)易富勒烯蓄能電池的并聯(lián)連接組件。
權(quán)利要求
1、一種富勒烯蓄能電池，包括下列結(jié)構(gòu)電池陽(yáng)極/富勒烯蓄能電池液的芯/陰極；陽(yáng)極/類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-H2O/富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性高分子-H2O/陰極；陽(yáng)極/類(lèi)胡蘿卜素-兩親性高分子-H2O/富勒烯蓄能電池液的芯/陰極；陽(yáng)極/富勒烯蓄能電池液的芯/富勒烯-兩親性高分子-H2O/陰極；組裝在聚酯膜上，構(gòu)成可折疊式或卷式薄膜型富勒烯蓄能電池，或上述單個(gè)富勒烯蓄能電池并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成的電池組件；其中，陽(yáng)極材料包括有ITO玻璃電極、Au電極或碳電極；陰極材料包括有Al電極或Ti電極。
2、根據(jù)權(quán)利要求1的富勒烯蓄能電池，其特征在于所述富勒烯蓄能電池液的芯為富勒烯-兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-&0。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的富勒烯蓄能電池，其特征在于所述富勒烯為C6。 、 C ,/C7。、 C6。Cln 、 C6。Cln/C7。Cln，其中C冊(cè)純度為98 99重量百分?jǐn)?shù)，(:6。/(]7。的重量比=85/15， C6。Cln、 C7。Cln中氯原子數(shù)n=10 24;兩親性高分子為聚乙烯吡咯烷酮、硝酸纖維素膜和乙酸纖維素膜，其粘均分子量在3ooo 7ooooo;類(lèi)胡蘿卜素包括e-胡蘿卜素、番茄紅素、葉黃素、玉米黃素、蝦青素或藻黃素。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的富勒烯蓄能電池，其特征在于所述富勒烯蓄能電池液的制備 方法包括下列步驟(1) ，將富勒烯，固相研磨混合；(2) ，將兩親性高分子與步驟(1)的富勒烯研磨混合，其中富勒烯/兩親性高分子的 重量比為1/100至20/100，研磨過(guò)程中加適量蒸鎦水，得富勒烯-兩親性高分子-H20的 粘稠狀液體；(3) ，將兩親性高分子與類(lèi)胡蘿卜素按重量比100: 1至100: 20研磨混合，研磨過(guò) 程中加適量蒸餾水，得兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-H20的粘稠狀液體；(4) ，將步驟(2)和(3)中的研磨混合料再在室溫下進(jìn)行一起研磨，研磨時(shí)間為10 1000h.，直至研磨液呈粘稠狀液體為富勒烯-兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-1120的粘稠狀 液體；(5) ，或?qū)⑸鲜鰵i驟(2)、 (3)和(4)中的研磨粘稠狀液體分別涂在硝酸纖維素膜或乙酸纖 維素膜上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的富勒烯蓄能電池，其特征在于所述兩親性高分子為聚乙烯吡咯烷 酮；所述富勒烯為"?；駽6。/C7。與C6。Cln或C6。Cln/C7。Cln按重量比為1: 0. 1至1: 1。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的富勒烯蓄能電池，其特征在于所述步驟(1) 、 (2) 、 (3)或(4) 的研磨過(guò)程在光照下的N2氣氛或空氣中進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富勒烯蓄能電池，該電池的電池液由包括富勒烯-兩親性高分子-類(lèi)胡蘿卜素-水的非共價(jià)型多元分子復(fù)合物經(jīng)機(jī)械研磨制備，采用浸塗或蒸鍍方式將該種電池液以單層或多層結(jié)構(gòu)成分，分別與兩側(cè)的陰極(-)和陽(yáng)極(+)組成蓄能電池或電池組件、折疊式薄膜型電池組件。它在吸收太陽(yáng)能光譜后，可直接轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在富勒烯蓄能電池內(nèi)。單個(gè)電池的開(kāi)路電壓Voc0.6～1.5v，短路電流Isc1mA～12mA/cm²，填充系數(shù)FF≥0.8，光電轉(zhuǎn)換效率η4～15％，預(yù)期可超過(guò)20％。使用壽命目前已超過(guò)1000h.，預(yù)期可超過(guò)5年。該電池制造工藝簡(jiǎn)單、高效、無(wú)毒，是百分之百的綠色體系，易于大規(guī)模生產(chǎn)。還可用于電解水制H₂。
文檔編號(hào)H01L31/04GK101188253SQ200710163889
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者唐亞明, 鄭克航, 鄭弼乾, 陳滇寶, 陳紅蕾 申請(qǐng)人:陳滇寶;陳紅蕾