柔性碳纳米纤维膜的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用
本文关键词：柔性碳纳米纤维膜的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用 出处：《浙江理工大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：近年来,由于碳纳米纤维膜(CNFs)具有优异的热稳定性,导电性与耐腐蚀性而被广泛地应用于染料敏化太阳电池(DSSCs)中。然而,由于碳材料本身的脆性限制了其在柔性产品中的应用。因此,为改善这一缺陷,本文以聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸异丙酯(TiP)为前驱体,采用静电纺丝工艺制备了复合纳米纤维膜,然后经过预氧化碳化制备了柔性碳纳米纤维膜TiO_x/C NFs,并研究了不同预氧化温度对柔性TiO_x/CNFs的拉伸强度、导电性能及柔韧性能的影响。随着预氧化温度的升高,拉伸强度,断裂伸长率及抗弯弹性模量值先增加,达到最大值,然后减小,其最大值在预氧化温度为240°C时出现,分别为7.10 MPa,3.56%与9.0 cN/cm~2。当预氧化温度低于260°C时,TiO_x/C NFs膜的方阻值比较接近,都在10Ω/sq左右,而当预氧化温度升高,达到280°C以上时,TiO_x/C NFs膜的方阻值快速上升,达到22Ω/sq左右,可见预氧化温度对TiO_x/C NFs膜的导电性有非常显著的影响。综合力学性能,柔韧性及导电性能三方面的性能来看,在预氧化温度为240°C时,柔韧TiO_x/C NFs膜的性能最佳。为提高柔性CNFs作为对电极的催化活性,用水热法制备了具有电催化性能的CoS颗粒,并通过静电对喷的方法制备了负载CoS的碳纳米纤维膜CNFs-CoS,CoS虽然具备优良的电催化性能,但其导电性不佳,从而使CNFs-CoS的面电阻偏大,这不利于CNFs-CoS电催化性能的提高。因此为提高CNFs-CoS的导电性,在CNFs-CoS的基础上引入纳米Ag颗粒制备负载CoS-Ag的碳纳米纤维膜CNFs-CoS-Ag,改善了其导电性不佳的缺点,同时纳米Ag颗粒本身具备一定的电催化性能,可以与CoS发生协同效应,提高电催化性能。但另一方面由于CoS纳米Ag颗粒的存在,使CNFs-CoS与CNFs-CoS-Ag的力学性能与柔韧性有所下降,但CNFs-CoS与CNFs-CoS-Ag作为对电极仍然具备一定的柔韧性,可以用来制备FDSSCs。以CNFs-CoS与CNFs-CoS-Ag为对电极组装FDSSCs,与以CNFs-CoS为对电极的FDSSCs相比,以CNFs-CoS-Ag为对电极的FDSSCs的光电转换效率已经有了很大提升,因为CoS虽然具备良好的电催化性能,但其导电性不佳,从而使电解质与对电极界面的电荷传输电阻高达15.96Ω,在CNFs-CoS基础上引入纳米Ag颗粒后,改善了CoS导电性不佳的缺点,使CNFs-CoS-Ag对电极界面与电解质的电荷传输电阻下降至6.17Ω,电荷传递电阻的大小直接关系到电池转换效率的高低,因此以CNFs-CoS-Ag为对电极的FDSSCs的光电转换效率达到1.28%,是以CNFs-CoS为对电极的FDSSCs的1.48倍。而用Pt-FTO替代CNFs-CoS-Ag作为对电极制备的DSSCs,其光电转换效率虽然高于以CNFs-CoS-Ag为对电极的FDSSCs,达到1.74%,但与用导电玻璃FTO及液态电解质组成的DSSCs相比,其光电转换效率仍然偏低,这主要是因为柔性导电基板的及准固态电解质的电阻偏大,不利于电池效率的提高。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ340.64;TM914.4
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，本文编号：1326078
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