专利名称：一种悬挂强电负性离子官能团的离子液体聚合物及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬挂强电负性离子官能团的离子液体聚合物与基于这种聚合物的染料敏化太阳能电池的电解质的制备方法及其应用。
背景技术：
目前用于染料敏化太阳能电池的电解质主要分为三类第一类是含有乙腈、3-甲氧基丙腈等易挥发性有机溶剂的液态电解质。但有机溶剂的易挥发与泄露等问题严重限制了基于液态电解质的染料敏化太阳能电池的工业生产和实际应用。第二类是采用室温离子液体取代液态电解质中的有机溶剂的离子液体电解质。离子液体电解质虽能解决液体电解质的挥发性问题，由于离子液体易流动性特点，却仍不可避免泄漏问题。第三类电解质是全固态电解质。基于全固态电解质的染料敏化太阳能电池虽能解决以上问题，但这类电解质由于电导率低、与电极接触性能差的缺点，导致染料敏化太阳能电池的光电转换效率往往较低。
发明内容
为了解决上述三类电解质体系存在的问题，本发明提出了一种含有强电负性离子官能团的离子液体聚合物和由其制备的电解质，该电解质具有不易挥发以及具有低流动性与较好的粘结性等优点。此外，该电解质可以不含碘单质，降低了对电池组件的腐蚀，便利于电池的工业化生产与实际应用。本发明所提供的离子液体聚合物的结构式如式I所示
权利要求
1.式I所示的离子液体聚合物
2.根据权利要求1所述的离子液体聚合物，其特征在于式I中所述R4为含季铵氮的五元或六元杂环基团，所述&优选为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；最优选4-吡啶基或4-咪唑基；所述&选自下述极性官能团中的任意一种-CN、CH3COO-, -COOCH3和CH3CH2O ；所述Y选自下述一价阳离子中的任意一种 氧离子，碱金属阳离子、过渡金属阳离子、伯胺阳离子、仲铵阳离子、叔胺阳离子和季铵阳离子，优选质子离子或碱金属阳离子；所述X为磺酸根离子或磷酸根离子；所述A选自下述阴离子中的任意一种卤素离子、硫酸氢根离子和硫氰根离子，优选卤素离子；m取5-40的正整数，优选为 5、7、15、25 或 35，m η = 1 1-4。
3.根据权利要求1或2所述的离子液体聚合物，其特征在于式I所示的离子液体聚合物选自下述1)-5)中的任意一种1)式I 中 R1、R2> R3、R6 均为 H，R4 为 4-吡啶基，R5 为-CN，R7 为-CH2CH2CH2-, X 为 H+，Y 为磺酸根离子，A为碘离子，m n= 1 4；2)式I 中 R1、R2> R3、R6 均为 H，R4 为 4-吡啶基，R5 为 CH3COO-, R7 为-CH2CH2CH2-, X 为 Η+，Y为磺酸根离子，A为碘离子，m η = 1 3 ；3)式I 中 R1^ R2> R3、R6 均为 H，R4 为 4-吡啶基，R5 为-CN，R7 为-CH2CH2CH2-, X 为 Li+，Y 为磺酸根离子，A为碘离子，m n= 1 4；4)式I 中 R1、R2> R3、R6 均为 H，R4 为 4-吡啶基，R5 为-CN，R7 为-CH2CH2CH2-, X 为 Η+，Y 为磺酸根离子，A为硫酸氢根离子，m n= 1 4；5)式I 中 R1、R2> R3、R6 均为 H，R4 为 4-吡啶基，R5 为-CN，R7 为-CH2CH2CH2-, X 为 Η+，Y 为磺酸根离子，A为氯离子，m n=l 4。
4.式I所示的离子液体聚合物的制备方法，包括下述步骤1)将式III所示的烯类单体和式IV所示的单体进行共聚反应，得到式II所示的共聚物；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于式III所示的烯类单体为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所示的单体为丙烯腈、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所述聚合物的数均分子量为2000-10000，优选3000-6000。
6.一种离子液体聚合物/离子液体的复合电解质，制成它的原料包括下述质量份的物质式I所示的离子液体聚合物1份、离子液体1. 7 18份和添加剂0 1. 85份。
7.根据权利要求6所述的复合物电解质，其特征在于所述离子液体聚合物/离子液体的复合电解质由下述质量份的物质制成式I所示的离子液体聚合物1份、离子液体 1. 7 18份和添加剂0 1. 85份，但添加剂不为0。
8.根据权利要求6所述的复合物电解质，其特征在于所述离子液体聚合物/离子液体的复合电解质由下述质量份的物质制成式I所示的离子液体聚合物1份、离子液体 1. 7 18份、添加剂0 1. 85份和碘0 1份，但添加剂和碘均不为0。
9.权利要求6-8中任一所述的复合物电解质，其特征在于所述离子液体选自下述物质中的任意一种、两种或三种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；优选它们中任意二者按任意比例的混合物；所述添加剂为任意能提供光电压的添加剂，优选硫氰胍盐与N-甲基苯并咪唑或N- 丁基苯并咪唑的任意比例混合物。
10.权利要求6、7或9所述离子液体聚合物/离子液体复合电解质的制备方法，包括下述步骤1)将所述添加剂于50-120度下加热Ih 12h ；2)向所述添加剂中加入所述离子液体混合均勻后，最后加入式I所示的离子液体聚合物，通过加热、超声或磁力搅拌，混合均勻后得到所述离子液体聚合物/离子液体复合电解质。
11.权利要求8或9所述离子液体聚合物/离子液体复合电解质的制备方法，包括下述步骤1)将所述添加剂于50-120度下加热Ih 12h ；2)向所述添加剂中加入所述离子液体和碘混合均勻后，最后加入式I所示的离子液体聚合物，通过加热、超声或磁力搅拌，混合均勻后得到所述离子液体聚合物/离子液体复合电解质。
12.权利要求6-9中任一所述的离子液体聚合物/离子液体复合电解质在制备染料敏化太阳能电池中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种悬强电负性离子官能团的离子液体聚合物与基于该离子液体聚合物的电解质及其应用。该离子液体聚合物的结构式如式I所示，是由含氮的五元或六元杂环等烯类单体和烯腈或烯酯或烯醚或环醚等类单体共聚后，与磺酸内酯或磷酸内酯等具有反应性能力的电负性原子的物质反应，再与氢卤酸或硫酸酸或卤盐或硫酸氢盐或硫氰盐等作用后而得。由该离子液体聚合物制备的离子液体聚合物/离子液体复合电解质电解质包括上述的强电负性离子官能团的离子液体聚合物，离子液体、添加剂与碘。本发明提供的电解质具有不易挥发以及具有低流动性与较好的粘结性等优点，这便利于染料敏化太阳能电池电池的工业化生产与实际应用，并且电池的光电转换效率达到7％以上。
文档编号H01G9/20GK102234354SQ201010163168
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者向万春, 方世璧, 方艳艳, 林原 申请人:中国科学院化学研究所