專利名稱：一種懸掛強(qiáng)電負(fù)性離子官能團(tuán)的離子液體聚合物及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸掛強(qiáng)電負(fù)性離子官能團(tuán)的離子液體聚合物與基于這種聚合物的染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)主要分為三類第一類是含有乙腈、3-甲氧基丙腈等易揮發(fā)性有機(jī)溶劑的液態(tài)電解質(zhì)。但有機(jī)溶劑的易揮發(fā)與泄露等問題嚴(yán)重限制了基于液態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。第二類是采用室溫離子液體取代液態(tài)電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑的離子液體電解質(zhì)。離子液體電解質(zhì)雖能解決液體電解質(zhì)的揮發(fā)性問題，由于離子液體易流動性特點(diǎn)，卻仍不可避免泄漏問題。第三類電解質(zhì)是全固態(tài)電解質(zhì)?；谌虘B(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池雖能解決以上問題，但這類電解質(zhì)由于電導(dǎo)率低、與電極接觸性能差的缺點(diǎn)，導(dǎo)致染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率往往較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述三類電解質(zhì)體系存在的問題，本發(fā)明提出了一種含有強(qiáng)電負(fù)性離子官能團(tuán)的離子液體聚合物和由其制備的電解質(zhì)，該電解質(zhì)具有不易揮發(fā)以及具有低流動性與較好的粘結(jié)性等優(yōu)點(diǎn)。此外，該電解質(zhì)可以不含碘單質(zhì)，降低了對電池組件的腐蝕，便利于電池的工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明所提供的離子液體聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示
權(quán)利要求
1.式I所示的離子液體聚合物
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體聚合物，其特征在于式I中所述R4為含季銨氮的五元或六元雜環(huán)基團(tuán)，所述&優(yōu)選為4-吡啶基，4-咪唑基，2-吡嗪基、2-吡啶基，2-咪唑基、吡咯烷酮基或咔唑基；最優(yōu)選4-吡啶基或4-咪唑基；所述&選自下述極性官能團(tuán)中的任意一種-CN、CH3COO-, -COOCH3和CH3CH2O ；所述Y選自下述一價(jià)陽離子中的任意一種 氧離子，堿金屬陽離子、過渡金屬陽離子、伯胺陽離子、仲銨陽離子、叔胺陽離子和季銨陽離子，優(yōu)選質(zhì)子離子或堿金屬陽離子；所述X為磺酸根離子或磷酸根離子；所述A選自下述陰離子中的任意一種鹵素離子、硫酸氫根離子和硫氰根離子，優(yōu)選鹵素離子；m取5-40的正整數(shù)，優(yōu)選為 5、7、15、25 或 35，m η = 1 1-4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離子液體聚合物，其特征在于式I所示的離子液體聚合物選自下述1)-5)中的任意一種1)式I 中 R1、R2> R3、R6 均為 H，R4 為 4-吡啶基，R5 為-CN，R7 為-CH2CH2CH2-, X 為 H+，Y 為磺酸根離子，A為碘離子，m n= 1 4；2)式I 中 R1、R2> R3、R6 均為 H，R4 為 4-吡啶基，R5 為 CH3COO-, R7 為-CH2CH2CH2-, X 為 Η+，Y為磺酸根離子，A為碘離子，m η = 1 3 ；3)式I 中 R1^ R2> R3、R6 均為 H，R4 為 4-吡啶基，R5 為-CN，R7 為-CH2CH2CH2-, X 為 Li+，Y 為磺酸根離子，A為碘離子，m n= 1 4；4)式I 中 R1、R2> R3、R6 均為 H，R4 為 4-吡啶基，R5 為-CN，R7 為-CH2CH2CH2-, X 為 Η+，Y 為磺酸根離子，A為硫酸氫根離子，m n= 1 4；5)式I 中 R1、R2> R3、R6 均為 H，R4 為 4-吡啶基，R5 為-CN，R7 為-CH2CH2CH2-, X 為 Η+，Y 為磺酸根離子，A為氯離子，m n=l 4。
4.式I所示的離子液體聚合物的制備方法，包括下述步驟1)將式III所示的烯類單體和式IV所示的單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，得到式II所示的共聚物；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于式III所示的烯類單體為4-乙烯基吡啶、 4-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡嗪、2-乙烯基吡啶、2-乙烯基咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮或N-乙烯基咔唑；式IV所示的單體為丙烯腈、2-甲基丙烯腈、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯；式II所述聚合物的數(shù)均分子量為2000-10000，優(yōu)選3000-6000。
6.一種離子液體聚合物/離子液體的復(fù)合電解質(zhì)，制成它的原料包括下述質(zhì)量份的物質(zhì)式I所示的離子液體聚合物1份、離子液體1. 7 18份和添加劑0 1. 85份。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合物電解質(zhì)，其特征在于所述離子液體聚合物/離子液體的復(fù)合電解質(zhì)由下述質(zhì)量份的物質(zhì)制成式I所示的離子液體聚合物1份、離子液體 1. 7 18份和添加劑0 1. 85份，但添加劑不為0。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合物電解質(zhì)，其特征在于所述離子液體聚合物/離子液體的復(fù)合電解質(zhì)由下述質(zhì)量份的物質(zhì)制成式I所示的離子液體聚合物1份、離子液體 1. 7 18份、添加劑0 1. 85份和碘0 1份，但添加劑和碘均不為0。
9.權(quán)利要求6-8中任一所述的復(fù)合物電解質(zhì)，其特征在于所述離子液體選自下述物質(zhì)中的任意一種、兩種或三種1-甲基-3-己基咪唑碘、1-甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-乙基咪唑碘、1-甲基-3-烯丙基咪唑碘、1-甲基-3- 丁基咪唑碘和1，3-二甲基咪唑碘；優(yōu)選它們中任意二者按任意比例的混合物；所述添加劑為任意能提供光電壓的添加劑，優(yōu)選硫氰胍鹽與N-甲基苯并咪唑或N- 丁基苯并咪唑的任意比例混合物。
10.權(quán)利要求6、7或9所述離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)的制備方法，包括下述步驟1)將所述添加劑于50-120度下加熱Ih 12h ；2)向所述添加劑中加入所述離子液體混合均勻后，最后加入式I所示的離子液體聚合物，通過加熱、超聲或磁力攪拌，混合均勻后得到所述離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)。
11.權(quán)利要求8或9所述離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)的制備方法，包括下述步驟1)將所述添加劑于50-120度下加熱Ih 12h ；2)向所述添加劑中加入所述離子液體和碘混合均勻后，最后加入式I所示的離子液體聚合物，通過加熱、超聲或磁力攪拌，混合均勻后得到所述離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)。
12.權(quán)利要求6-9中任一所述的離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)在制備染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種懸強(qiáng)電負(fù)性離子官能團(tuán)的離子液體聚合物與基于該離子液體聚合物的電解質(zhì)及其應(yīng)用。該離子液體聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，是由含氮的五元或六元雜環(huán)等烯類單體和烯腈或烯酯或烯醚或環(huán)醚等類單體共聚后，與磺酸內(nèi)酯或磷酸內(nèi)酯等具有反應(yīng)性能力的電負(fù)性原子的物質(zhì)反應(yīng)，再與氫鹵酸或硫酸酸或鹵鹽或硫酸氫鹽或硫氰鹽等作用后而得。由該離子液體聚合物制備的離子液體聚合物/離子液體復(fù)合電解質(zhì)電解質(zhì)包括上述的強(qiáng)電負(fù)性離子官能團(tuán)的離子液體聚合物，離子液體、添加劑與碘。本發(fā)明提供的電解質(zhì)具有不易揮發(fā)以及具有低流動性與較好的粘結(jié)性等優(yōu)點(diǎn)，這便利于染料敏化太陽能電池電池的工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用，并且電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7％以上。
文檔編號H01G9/20GK102234354SQ201010163168
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者向萬春, 方世璧, 方艷艷, 林原 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所