高相转变温度的离子凝胶电解质基准固态染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池(DSC)以其低价、高效等优势, 成为学术界和工业界的研究热点. 传统液态电解质由于易挥发、易泄漏等问题, 导致基于液态电解质的电池难以保持长期稳定, 影响光伏技术的应用. 本文合成了N,N'-1,5-戊二基双月桂酰胺, 将其作为有机小分子胶凝剂(LMOG)胶凝离子液体电解质(ILE)制备了离子凝胶电解质(IGE)并组装成准固态电池(QS-DSCs). 差示扫描量热测试显示该凝胶电解质的相转变温度(T_gel)为104.7℃, 具有良好的本征热稳定性.利用循环伏安法、电化学阻抗谱、调制光电压/光电流谱分别研究了液态电池和准固态电池内部电子传输和复合动力学过程. 结果表明, 凝胶电解质的三维网络结构加速了TiO₂光阳极/电解质界面电子与电解质中I₃^-的复合过程, 使电子寿命降低, 导致准固态电池的光电转换效率略低于液态电池. 在AM1.5 (100 mW·cm^-2)及50℃条件下的加速老化测试结果显示, 持续老化1000 h后其光电转换效率(η)无衰减,而液态电池的光电转换效率衰减为初始值的86%, 表明准固态电池具有良好的光热稳定性.     

离子液体基聚合物的结构对染料敏化太阳能电池性能的影响研究

设计合成了分别悬挂磺酸官能团、磺酸锂官能团和烷基链官能团的三种结构的离子液体基聚合物,用于聚合物凝胶电解质的制备,并应用于染料敏化太阳能电池中.结果发现这三种聚合物含量的变化对电池性能的影响有较大差别.悬挂普通烷基链官能团的离子液体基聚合物(P-CH₃I)的加入,由于增加了电解质的粘度,使得电池的性能随着P-CH₃I含量的增加而变差;悬挂磺酸锂官能团的离子液体基聚合物P-LiI加入使电池的性能略微下降,而悬挂磺酸官能团的离子液体基聚合物P-HI加入到离子液体电解质后,在一定浓度范围内能改善离子的扩散等性能,从而使基于这种离子液体基聚合物的电池的光电性能相对较好.并通过电解质AFM微观形貌的研究解释了这三类电解质中离子扩散的差异以及光电性能的差别.     

锂二次电池中的原位聚合电解质

聚合物电解质主要分为凝胶聚合物电解质和固态聚合物电解质两种类型,均能够提升锂二次电池的性能。其中,凝胶聚合物电解质是利用增塑剂实现聚合物基质的凝胶化,将有机液态电解液固定在三维网络结构中,因此同时具备液态的离子扩散速率和固态材料的机械性能;而固态聚合物电解质是一种完全没有液态电解质的体系,利用聚合物基体的极性实现锂盐的解离,以聚合物分子链的运动实现离子传输。相对于传统的非原位法制备的聚合物电解质而言,原位聚合反应制备的聚合电解质能够有效改善电解质与电极的界面相容性、简化电池组装工艺、降低制造成本。本文综述了当前原位聚合电解质在锂二次电池中应用的研究进展,并展望了原位聚合电解质的应用前景和未来挑战。     

钐锶钴阴极/镧锶镓镁电解质界面的元素扩散

采用X射线衍射、扫描电镜及电化学方法考察了固体氧化物燃料电池钐锶钴(Sm0.5Sr0.5CoO3-δ,SSC)阴极烧结温度和时间对镧锶镓镁(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δLSGM)电解质的导电行为和电解质/阴极界面电化学性质的影响.结果表明,当SSC阴极的烧结温度由1173 K升高到1323 K时,LSGM/SSC界面形成了LaSrGaO4和LaSrGa3O7杂相:当烧结温度升高到1373 K时,还形成了高电子电导率的La-Sr-Co-O复合化合物.Co元素的扩散导致LSGM电解质电子电导率升高,氧离子迁移数和电池开路电压降低.延长SSC阴极烧结时间,LSGM电解质的欧姆电阻增大,电解质氧离子迁移数和电池的开路电压降低,这足由于延长SSC烧结时间加剧了LSGM/SSC界面上高阻抗相LaSrGaO4和LaSrGa3O7的生成.阴极中人量Co元素的扩散改变了LSGM电解质内部组成与结构.     

Au掺杂对TiO_2薄膜表面态及电荷传输性能的影响

采用两步法合成了不同Au掺杂量的TiO_2薄膜材料,并通过循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)探究了不同Au掺杂量TiO_2薄膜的表面态数量及其在禁带中的分布情况.借助强度调制光电流/电压谱(IMPS/IMVS)研究了薄膜内电子传输时间和寿命及界面电荷转移性能等.结果表明,适量Au(摩尔分数0.2%)的掺入可有效降低薄膜的表面态数量,优化表面态分布情况,提高电子在TiO_2/染料/电解质界面的电阻,从而改善电子的传输性能,提升太阳电池的光电转换效率.     

基于TiO2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

基于TiO_2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能（英文）

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

PEO-LiClO_4-ZSM5复合聚合物电解质II.ZSM-5对离子电导率的影响

通过XRD ,DSC ,FT IR和SEM等方法对PEO LiClO4 ZSM5复合电解质进行了研究 ,结果表明ZSM 5可以有效地降低PEO LiClO4 ZSM5复合电解质中PEO的结晶度和玻璃化温度 ,从而提高其低温区域的离子电导率 .温度高于PEO的结晶熔融温度后 ,复合电解质离子电导率的提高则是由于在ZSM 5表面形成了有利于Li离子迁移的导电通道所引起的 .较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口表明PEO LiClO4 ZSM5复合电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景 .     

温度对多硫电解质及量子点敏化太阳能电池性能的影响

采用电化学的方法研究了温度对多硫电解质导电性能及量子点敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:随着温度的升高,电解质的电导率逐步升高,多硫离子在电解质中的扩散阻力变小;另外,随着温度的升高,量子点敏化太阳能电池的光电转化效率逐渐降低,这主要是由于在较高的温度下,电池的暗反应逐渐增大和量子点的脱附引起的.     

S掺杂的还原态TiO_(2-x)的制备及其可见光催化性能（英文）

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO_2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO_2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO_2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO_2一直是研究热点.研究表明,Ti~(3+)自掺杂的TiO_2(还原态TiO_(2-x))不仅能够被可见光激发,而且使TiO_2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO_2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO_2的禁带宽度,使TiO_2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO_2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti~(3+)自掺杂TiO_2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H_2,CO中加热TiO_2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti~(3+)很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti~(3+)掺杂的TiO_2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti~(3+)自掺杂TiO_2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO_(2-x)光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H_2O_2氧化TiH_2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti~(3+)自掺杂的纳米TiO_2.本文以TiH_2和H_2O_2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO_(2-x)光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO_2、还原态TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO_(2-x)的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO_(2-x)样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO_2,TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

PAN/PMMA凝胶聚合物电解质膜导电动力学分析

采用静电纺丝法制备PAN/PMMA(聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯)凝胶聚合物电解质膜,用交流阻抗法测试其在不同温度下的电导率,研究温度对凝胶聚合物电解质膜离子传输性能的影响规律;并与溶液浇铸法制得的平滑膜进行对比,分析两种不同形式凝胶聚合物电解质膜的导电动力学规律,探索其导电机理与微观形貌的关系.结果发现,两种薄膜的导电机理符合Arrhenius公式,其中纺丝薄膜的离子导电活化能较低.     

PEO-LiClO4-ZSM5复合聚合物电解质Ⅱ.ZSM-5对离子电导率的影响

通过XRD,DSC,FT-IR和SEM等方法对PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质进行了研究,结果表明ZSM-5可以有效地降低PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质中PEO的结晶度和玻璃化温度,从而提高其低温区域的离子电导率.温度高于PEO的结晶熔融温度后,复合电解质离子电导率的提高则是由于在ZSM-5表面形成了有利于Li离子迁移的导电通道所引起的.较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口表明PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景.     

双层分等级TiO_2纳米线制备及其光伏性能研究

采用两步溶剂热反应制备了底层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线阵列,上层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线薄膜的双层结构电极.通过XRD和SEM对其组成和形貌进行了表征,并考察了纳米线薄膜对染料敏化太阳电池(DSSC)光伏性能的影响.实验结果表明,分等级锐钛矿的TiO_2纳米线作为DSSC的光阳极,光电转换效率为4.39%,其效率高于光滑的TiO_2纳米线光阳极电池效率(2.07%).     

用于锂离子电池聚合物电解质的组成、结构和性能

聚合物电解质是全固态锂离子电池的重要组成部分, 其电导率对电池的性能有很重要的影响.本文综述了聚合物电解质的组成、结构和性能对锂 离子电池导电率影响的最新研究进展,特别是介绍了聚合物-碱金属盐复合电解质和聚离子体电解质两个体系的研究进展.     

多硫电解质对CdS薄膜电池光电性能影响研究

在CdS薄膜的光电化学电池中,多硫电解质起着促进电子传递,减少电子空穴复合几率,从而提高电池光电转换效率的作用;但多硫电解质又会阻碍CdS薄膜对光的吸收。本文通过对CdS纳米管薄膜电池在含硫量不同的电解质中光电性能的考察,证明了0.5 mol/L Na2S、0.5 mol/L NaOH和0.5 mol/L S的液态电解质成分组合为本实验中制得的CdS纳米管薄膜光电化学电池的最佳电解质。     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯TiO₂(P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的DSSC光电性能提高了15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质研究进展

使用聚合物电解质可以避免传统液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性能和能量密度,并可实现电池的薄型化、轻便化和形状可变等优点.目前,聚合物电解质的研究集中在凝胶型的复合和多孔聚合物电解质两大类.本文对各类凝胶聚合物电解质的特点、功能及研究情况逐一进行了介绍,对凝胶聚合物电解质的发展趋势进行了展望.     

复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能影响的研究

使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电网络且维持复合正极中较高活性物质含量对于全固态锂硫电池至关重要。本文以单质硫为活性物质研究了复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能的影响,发现以乙炔黑（AB）为导电碳材料明显优于Super P和Ketjen Black;优化复合正极的组成,发现硫：乙炔黑：固体电解质的质量比为40:20:40时,全固态锂硫电池在室温和60℃下均具有良好的电化学性能。     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

一种新型凝胶态聚合物电解质的制备和性能

采用一种新型胶联剂新戊二醇二丙烯酸酯(noepentyl glycol diacrylate, NPGDA)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-HFP), 液态电解液组成电解质混合溶液, 然后加入引发剂并加热引发聚合反应制备了一种具有互穿聚合物网络结构的凝胶态聚合物电解质, 可以用于制备聚合物锂离子二次电池. 考察了不同PVDF-HFP/NPGDA质量比对凝胶态聚合物电解质性能的影响. 结果表明, PVDF-HFP/NPGDA质量比可以影响凝胶态聚合物电解质的结构形貌、电化学特性以及聚合物锂离子二次电池的性能. 研究发现, 当m(PVDF-HFP)/m(NPGDA)＝1:1时制备的凝胶态聚合物电解质具有较高的离子电导率和电化学稳定窗口, 室温下分别为6.99×10^-3 S•cm^-1和4.8 V(vs Li⁺/Li), 以其为电解质制备的聚合物锂离子二次电池具有较好的电化学性能.