柔性碳納米纖維膜的制備及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，由于碳納米纖維膜(CNFs)具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，導(dǎo)電性與耐腐蝕性而被廣泛地應(yīng)用于染料敏化太陽電池(DSSCs)中。然而，由于碳材料本身的脆性限制了其在柔性產(chǎn)品中的應(yīng)用。因此，為改善這一缺陷，本文以聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、鈦酸異丙酯(TiP)為前驅(qū)體，采用靜電紡絲工藝制備了復(fù)合納米纖維膜，然后經(jīng)過預(yù)氧化碳化制備了柔性碳納米纖維膜TiOx/C NFs，并研究了不同預(yù)氧化溫度對柔性TiOx/CNFs的拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)

2、電性能及柔韌性能的影響。隨著預(yù)氧化溫度的升高，拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率及抗彎彈性模量值先增加，達(dá)到最大值，然后減小，其最大值在預(yù)氧化溫度為240℃時出現(xiàn)，分別為7.10MPa，3.56％與9.0cN/cm2。當(dāng)預(yù)氧化溫度低于260℃時，TiOx/C NFs膜的方阻值比較接近，都在10Ω/sq左右，而當(dāng)預(yù)氧化溫度升高，達(dá)到280℃以上時，TiOx/CNFs膜的方阻值快速上升，達(dá)到22Ω/sq左右，可見預(yù)氧化溫度對TiOx/C NFs膜的導(dǎo)電性

3、有非常顯著的影響。綜合力學(xué)性能，柔韌性及導(dǎo)電性能三方面的性能來看，在預(yù)氧化溫度為240℃時，柔韌TiOx/C NFs膜的性能最佳。
　　為提高柔性CNFs作為對電極的催化活性，用水熱法制備了具有電催化性能的CoS顆粒，并通過靜電對噴的方法制備了負(fù)載CoS的碳納米纖維膜CNFs-CoS，CoS雖然具備優(yōu)良的電催化性能，但其導(dǎo)電性不佳，從而使CNFs-CoS的面電阻偏大，這不利于CNFs-CoS電催化性能的提高。因此為提高CNFs-C

4、oS的導(dǎo)電性，在CNFs-CoS的基礎(chǔ)上引入納米Ag顆粒制備負(fù)載CoS-Ag的碳納米纖維膜CNFs-CoS-Ag，改善了其導(dǎo)電性不佳的缺點，同時納米Ag顆粒本身具備一定的電催化性能，可以與CoS發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，提高電催化性能。但另一方面由于CoS納米Ag顆粒的存在，使CNFs-CoS與CNFs-CoS-Ag的力學(xué)性能與柔韌性有所下降，但CNFs-CoS與CNFs-CoS-Ag作為對電極仍然具備一定的柔韌性，可以用來制備FDSSCs。

5、>　　以CNFs-CoS與CNFs-CoS-Ag為對電極組裝FDSSCs，與以CNFs-CoS為對電極的FDSSCs相比，以CNFs-CoS-Ag為對電極的FDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)有了很大提升，因為CoS雖然具備良好的電催化性能，但其導(dǎo)電性不佳，從而使電解質(zhì)與對電極界面的電荷傳輸電阻高達(dá)15.96Ω，在CNFs-CoS基礎(chǔ)上引入納米Ag顆粒后，改善了CoS導(dǎo)電性不佳的缺點，使CNFs-CoS-Ag對電極界面與電解質(zhì)的電荷傳輸電阻下

6、降至6.17Ω，電荷傳遞電阻的大小直接關(guān)系到電池轉(zhuǎn)換效率的高低，因此以CNFs-CoS-Ag為對電極的FDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1.28％，是以CNFs-CoS為對電極的FDSSCs的1.48倍。而用Pt-FTO替代CNFs-CoS-Ag作為對電極制備的DSSCs，其光電轉(zhuǎn)換效率雖然高于以CNFs-CoS-Ag為對電極的FDSSCs，達(dá)到1.74％，但與用導(dǎo)電玻璃FTO及液態(tài)電解質(zhì)組成的DSSCs相比，其光電轉(zhuǎn)換效率仍然偏低，這主要