聚合物电解质的制备及其在电致变色器件中的应用

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经济的飞速发展和科技水平的日益进步为人类带来了美好生活的同时还带来了巨大的能源消耗。电致变色材料作为一种节能环保材料,它可以实现降低能耗、节约能源,顺应时代的发展。为实现电致变色器件的产业化,研究性能优良的电解质成为当前热点。本文通过不同方法制备了以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、琼脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体的聚合物电解质,同时研究了不同锂盐含量、加入无机填料的含量对电解质离子电导率的影响。选取离子电导率最高的一组应用于电致变色器件中,并对各个电致变色器件进行了性能测试。本论文得到的主要研究结果有:(1)将PVB溶于无水乙醇中,加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)作为锂盐,二氧化硅(SiO2)作为无机填料,制得粘稠的聚合物溶液,采用旋涂法直接在透明导电玻璃上制备了PVB基凝胶聚合物电解质。研究结果表明:在一定范围内,电解质的离子电导率随着锂盐含量的增加而增大,其中含有0.3 mol·L-1 LiTFSI的PVB基凝胶聚合物电解质在室温下的离子电导率为4.2×10-5 S·cm-1。通过添加无机填料可以提升电解质的离子电导率,含有0.3 mol·L-1 LiTFSI和0.2 g SiO2的电解质在室温下的离子电导率为9.8×10-5 S·cm-1。将PVB基凝胶聚合物电解质分别旋涂在沉积有普鲁士蓝(PB)薄膜的氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃表面和空白的ITO玻璃导电面,并将两片ITO玻璃压合组装成电致变色器件。所得到的电致变色器件在575 nm处的透过率调制幅度为45.2%,着色时间为23.4 s,褪色时间为22.1 s。(2)将琼脂、LiTFSI、碳酸丙烯酯(PC)加热溶于去离子水中,冷却后制得琼脂基凝胶聚合物电解质。研究结果表明:在一定范围内,随着锂盐含量的增大,电解质的离子电导率随之增大,其中含有0.12 mol·L-1 LiTFSI的电解质在室温下的离子电导率为6.7×10-3 S·cm-1。将配制好的电解质溶液注入到事先组装好的器件中,冷却后直接得到以琼脂基凝胶聚合物电解质作为电解质层的电致变色器件。该器件在595 nm处的透过率调制幅度为46.8%,其着色时间和褪色时间分别为24.7 s和22.4 s。(3)将PMMA溶于PC中,加入LiTFSI、SiO2,制备了PMMA基准凝胶聚合物电解质。研究结果表明:在一定范围内,电解质的离子电导率随锂盐含量的增加而增大,室温下含有0.3 mol·L-1 LiTFSI的电解质离子电导率为4×10-4 S·cm-1。含有0.3mol·L-1 LiTFSI和0.2 g SiO2的电解质离子电导率为5.9×10-4 S·cm-1,表明加入无机填料后,电解质的离子电导率有所提升。将配制好的PMMA基准凝胶聚合物电解质涂抹在沉积有PB薄膜的ITO玻璃上并与空白ITO玻璃粘合组装成电致变色器件。该器件在636 nm处的透过率调制幅度可达49.9%,着色响应时间为5.2 s,褪色响应时间为14.2 s。同样将配制好的PMMA基准凝胶聚合物电解质涂抹在沉积有聚吡咯薄膜的FTO玻璃上并与空白FTO玻璃粘合组装成电致变色器件。该器件在772 nm处的透过率调制幅度为49.1%,着色响应时间为7.3 s,褪色响应时间为14.5 s。
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