離子導電聚合物電解質薄膜及其制備方法和電致變色玻璃的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑材料領域，特別涉及一種離子導電聚合物電解質薄膜及其制備方法和電致變色玻璃。
【背景技術】
[0002]預計2030年我國建筑物能耗將達到全社會總能耗的40%左右，而建筑物能耗的30-50%是由窗戶流失。節能、舒適的綠色智能建筑材料電致變色玻璃成為降低建筑物能耗的首選。當前被廣泛接受的電致變色玻璃為“玻璃I透明導電層(TC) I電致變色層(EC) I離子導體層(IC) I離子儲存層(IS) I透明導電層(TC) I玻璃”的夾層結構。在這其中發生電致變色的主要功能部位是電致變色層，離子導體層的作用主要是為離子在電致變色層與離子儲存層之間往返迀移提供傳輸通道，而對于離子儲存層來說，其主要作用是提供和儲存電致變色層變色所需要的離子，從而起到平衡電荷的作用。離子導體層即電解質層的性能較大地影響電致變色玻璃的使用壽命與效果。目前電致變色玻璃各膜層材料的研究中，電致變色層材料的研究最早也最廣泛，對離子儲存材料的研究則相對較少。
[0003]由聚合物和鹽構成的聚合物凝膠電解質因不必封裝液體、避免漏液和安全性能高等優勢，引起了國內外深入的探索。近40多年來很多學者對聚合物凝膠電解質進行了大量的探究，并且取得了不錯的進展。對聚合物凝膠電解質所做的探究主要集中在兩大方面:
(I)設計不同結構的電解質，比如梳狀結構的聚合物電解質、交聯網絡構造電解質、超支化聚合物電解質以及共混改性電解質等，要有較好的機械性能、較好的可加工性和化學穩定性。(2)努力提高離子電導率，首先要搞清在聚合物基體中離子傳導及導電的原理，如堿金屬鹽在電解質中的游離、結合狀態，影響離子電導率的因素，導電模型和機理等。聚合物凝膠電解質能夠普遍使用在多種領域，但是在常溫情況下聚合物電解質離子電導率較低，還達不到實際使用時的需求，所以提高聚合物電解質的離子電導率成為該系統在實踐中應用的一個關鍵問題。根據聚合物凝膠電解質的導電原理，為了增大離子電導率，在設計合成聚合物凝膠電解質時，最主要的從聚合物基體、堿金屬鹽、添加劑這三方面進行探究。
【發明內容】
[0004]針對現有電致變色玻璃制備過程企業需要制備完成電致變色層、離子導體層和離子儲存層三層材料的大而全的高難度要求，提出制備出單獨的作為離子導體層的聚合物電解質膜，使得玻璃深加工企業可進行凝膠態電解質層的夾膠電致變色玻璃的制備，具有制作方法簡單、合適大面積成膜以及成本低等特點。
[0005]本發明提供一種離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0006]①將聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照比例共混，加入到裝有溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)的容器中攪拌溶解，然后添加聚碳酸酯(PC)、納米T12和高氯酸鋰(LiClO4),在一定溫度下攪拌2?5h得到鑄膜液，常壓下靜置脫泡12?15h，其中，攪拌溫度為 30 ?40 °C;
[0007]②將①中的鑄膜液倒在聚四氟乙烯模板上，延流成膜，將聚四氟乙烯模板置于烘箱中烘干成膜，得到離子導電聚合物電解質薄膜，所述離子導電聚合物電解質薄膜為摻雜聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸鋰(LiClO4)薄膜。
[0008]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述共混中，所述的聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的質量比例為3:1?19:1。
[0009]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述的聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的總量在溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)中的濃度為0.08g/ml?0.12g/ml。
[0010]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述的高氯酸鋰(LiClO4)的質量與聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)總質量的比值關系是1:5?1:25。
[0011]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述的聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的O?50%。
[0012]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述的聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的10?40%。
[0013]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，所述的納米T12占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的2?14%。
[0014]本發明還提供一種離子導電聚合物電解質薄膜，采用上述任一所述的離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法制備而成。
[0015]本發明還提供一種電致變色玻璃，其特征在于:包括第一電極組件、第二電極組件和離子導體層，所述第一電極組件包括第一導電玻璃基底以及設置在所述第一導電玻璃基底上的電致變色層，所述第二電極組件包括第二導電玻璃基底以及設置在所述第二導電玻璃基底上的離子儲存層，所述第一電極組件與所述第二電極組件之間夾設所述離子導體層，所述第一電極組件中設置電致變色層的一面朝向所述離子導體層、所述第二電極組件中設置離子儲存層的一面朝向所述離子導體層，所述離子導體層為上述的離子導電聚合物電解質薄膜。
[0016]例如，在電致變色玻璃中，所述第一電極組件、所述第二電極組件以及夾設在其間的所述離子導體層形成三明治結構，所述第一電極組件、所述離子導體層和所述第二電極組件構成一個整體，所述第一電極組件、所述離子導體層和所述第二電極組件通過環氧樹脂進行邊緣包封。
[0017]本發明的有益效果為:
[0018]⑴本發明工藝簡單、過程可控、大面積生產，可將聚合物電解質單獨成膜作為電致變色玻璃的離子導體層。
[0019]⑵可促進在導電玻璃基底(ΙΤ0玻璃)制造廠商可以在導電玻璃基底上制備電致變色層或者離子儲存層作為獨立商品出售。
[0020]⑶可促進玻璃深加工企業將獨立商品的導電玻璃基底/電致變色層、導電玻璃基底/離子儲存層、聚合物電解質膜三者的“三明治”形式的組裝，大力發展電致變色玻璃的商品化進程。
[0021]⑷該方法提高了資源、能源的有效利用率，而且安全環保無污染，對發展節能環保產業和建筑材料等產業技術有重要現實意義。
[0022](5)本發明可利用流延成形可將聚合物電解質膜單獨成膜，可以與在第一導電玻璃基底上形成的電致變色層，在第二導電玻璃基底上形成的離子儲存層形成“三明治”形式復合在一起，進而組裝出電致變色玻璃。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例提供的電致變色玻璃示意圖；
[0024]圖2是圖1的分解圖；
[0025]圖3是實施例1中電致變色玻璃中作為離子導體層的PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02聚合物電解質薄膜截面SEM圖片；
[0026]圖4為實施例1中電致變色玻璃中作為電致變色層的負載在ITO玻璃上的摻入
0.05wt %石墨烯WO3薄膜截面的SEM圖片；
[0027]圖5是實施例1中電致變色玻璃中作為離子儲存層的負載在ITO玻璃上的摻入0.3 % Ti的V2O5薄膜截面的SEM圖片；
【具體實施方式】
[0028]聚合物凝膠電解質大多數以聚氧化乙烯(PEO)及其衍生物為基體，但PEO結晶度高而導致室溫下PEO/鋰鹽聚合物電解質的電導率低，限制了其在電致變色玻璃中的應用。如何提高室溫下PEO/鋰鹽的電導率，成為近年來研究的熱點課題之一。提高PEO/鋰鹽電導率的方法，一是摻雜無機粒子抑制高分子結晶，使基體的無定形區擴張來提高其電導率，摻雜的無機粒子包括納米S12和納米T12等。另一種是通過添加增塑劑降低聚合物的結晶度和玻璃化轉變溫度，增加非晶區域含量，進而提高電導率，如添加增塑劑聚碳酸酯(PC)和聚乙二醇二甲醚(PEGDME)等，增塑劑和納米無機粒子共同混合作用于PEO/鋰鹽的研究很少。目前的聚合物電解質膜是在電致變色層或者離子儲存層上進行涂敷的，需要生產廠家必須完成電致變色層、離子導體層和離子儲存層三層材料的制備，需要生產廠家具有雄厚的科研和生產實力，這抑制了電致變色玻璃的發展。
[0029]本發明中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。
[0030]本發明實施例給出一種離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0031]①將聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照比例共混，加入到裝有溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)的容器中攪拌溶解，然后添加聚碳酸酯(PC)、納米T12和高氯酸鋰(LiClO4),在一定溫度下攪拌2?5h得到鑄膜液，常壓下靜置脫泡12?15h，其中，攪拌溫度為 30 ?40 °C;
[0032]②將①中的鑄膜液倒在聚四氟乙烯模板上，延流成膜，將聚四氟乙烯模板置于烘箱中烘干成膜，得到離子導電聚合物電解質薄膜，離子導電聚合物電解質薄膜為摻雜聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸鋰(LiClO4)薄膜。
[0033]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，共混時，聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的質量比例為3:1?19:1。
[0034]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)的總量在溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)中的濃度為0.08g/ml?0.12g/ml。
[0035]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，高氯酸鋰(LiClO4)的質量與聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)總質量的比值關系是1:5?1:25。
[0036]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的O?50%。
[0037]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，聚碳酸酯(PC)占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的10?40%，進一步優選為15?30%。
[0038]例如，在離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法中，納米T12占聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和高氯酸鋰(LiClO4)總質量的2?14%，進一步優選為5?10%。
[0039]本發明還提供一種離子導電聚合物電解質薄膜，采用上述任一的離子導電聚合物電解質薄膜的制備方法制備而成。
[0040]本發明實施例還提供一種電致變色玻璃，包括第一電極組件、第二電極組件和離子導體層，第一電極組件包括第一導電玻璃基底以及設置在第一導電玻璃基底上的電致變色層，第二電極組件包括第二導電玻璃基底以及設置在第二導電玻璃基底上的離子儲存層，第一電極組件與第二電極組件之間夾設離子導體層，第一電極組件中設置電致變色層的一面朝向離子導體層、第二電極組件中設置離子儲存層的一面朝向離子導體層，離子導體層為上述的離