[发明专利]光电正极及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学能源技术领域，具体涉及一种光电正极及其制备方法和应用。本发明通过将光活性材料二氧化钒和空穴阻断材料二氧化钛原位生长在导电基底上，制得光电正极；然后将光电正极、锌负极、加了电解液的隔膜封装在电池壳中，制得光可充电锌离子电池。在光照条件下，电池利用二氧化钒吸收光能，二氧化钛促进光生电子和空穴分离。充电反应过程中，光生电子通过外电路传输到锌负极与锌离子结合，使得锌离子沉积在锌负极上，同时，光生空穴能够促进锌离子从二氧化钒中脱嵌出来，实现光能的存储和光电正极在光可充电锌离子电池中的应用。

技术领域

本发明属于化学能源技术领域，具体涉及一种光电正极及其制备方法和应用。

背景技术

由于化石燃料的使用造成了严重的环境问题，转变能源结构，探索更多的可持续的能源成为全世界范围的迫切趋势。虽然太阳能作为一种可再生清洁能源已经涉及到很多领域，但由于其在时间和空间上的不连续性，还不能作为稳定的能源供应使用。将太阳能转化为电能是解决这一问题的重要途径。

太阳能电池通常与可充电电池或超级电容器等储能设备整合起来用于能量转换和储存。太阳能通过太阳能电池转化为电能，而产生的电能可以通过储能设备的充电过程转化为化学能，储存的化学能可以通过放电过程为电子设备提供电能。这意味着，可充电电池是由太阳能电池而不是由太阳能光直接充电。此外，可充电电池在经历多步骤的能量转换过程，能量转换效率低，大量的太阳能被白白浪费掉，也增加了系统的复杂性和成本。因此，有必要研制一种可以直接利用太阳能进行充电的电池，提高太阳能的能量转换效率。

发明内容

本发明的第一个目的，在于提供一种光电正极，本发明的第二个目的，在于提供该光电正极的制备方法，本发明的第三个目的，在于提供一种光可充电锌离子电池。

根据本发明的第一个方面，提供了一种光电正极，其由空穴阻断材料和光活性材料附着在导电基底上，其中，导电基底为碳布，空穴阻断材料为二氧化钛，光活性材料为二氧化钒，空穴阻断材料和光活性材料的质量比为1：(1～5)。

根据本发明的第二个方面，提供了该光电正极的制备方法，包括以下步骤：

S1、依次用丙酮、水、乙醇超声清洗碳布，然后将清洗后的碳布进行干燥，再将干燥的碳布浸没在由浓硫酸和浓硝酸组成的混合溶液中，在90～120℃下反应3～7h，反应结束后，用水对碳布进行清洗，直至pH为6.5～8.0，然后将碳布进行烘干，得到预处理碳布；

S2、将预处理碳布浸没在含有乙醇、丙三醇和钛酸四丁酯的混合溶液中，在160～200℃下反应12～24h，得到前驱体电极，然后将前驱体电极进行洗涤和干燥，再进行煅烧处理，得到附着二氧化钛的碳布；

S3、将附着二氧化钛的碳布浸没在含有偏钒酸铵、草酸的水溶液中，在160～260℃下反应2～48小时，然后将反应产物进行洗涤和干燥，得到在碳布基底上附着二氧化钛和二氧化钒的光电正极。

本发明依次用丙酮、水、乙醇超声清洗碳布，由此可以除去碳布表面的油性物质。

本发明将干燥的碳布浸没在由浓硫酸和浓硝酸组成的混合溶液中，在90～120℃下反应3～7h，由此可以使碳布具有较好的亲水性。

在一些实施方式中，步骤S1中，混合溶液中浓硫酸和浓硝酸的体积比为(0.8～1.2):1，其中，浓硫酸的浓度为98wt％，浓硝酸的浓度为68wt％。

在一些实施方式中，步骤S1中，将清洗后的碳布进行干燥的方法为：将清洗后的碳布在60～80℃下干燥12～24h；将碳布烘干的方法为：将碳布在60～80℃下烘12～24h。

在一些实施方式中，步骤S2中，乙醇、丙三醇和钛酸四丁酯的体积比为(25～100)：(5～20)：(0.5～2)。