专利名称：原位错时发电的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，特别涉及一种能够通过光解水储氢材料将太阳光转
变成氢能储存起来，然后原位通过空气电池的形式将储存的氢能转变成电能释放出来，储 氢材料中的氢被消耗完了 ，可再利用太阳光进行光解水储氢，周而复始，不断将太阳能转变 成电能的新型太阳能电池。
背景技术：
随着世界经济的发展，人民生活水平的提高，煤、石油、天然气等有限的自然资源 已经不能满足人类发展的需要。太阳能有着不可比拟的优点清洁、永不枯竭、世界各地均 可获取。因此太阳能的开发、利用逐年增长。太阳能电池技术是通过光电效应或者光化学 效应直接把光能转化成电能的装置。 Ti02是一种N型氧化物半导体，其锐钛矿型具有较高的活性，其价带到导带的禁带 宽度约为3. 2eV。当紫外光照射1102时，其价带上的电子(e—)就会受激发跃迁至导带，同时 在价带上产生相应的空穴(h+)，形成了电子-空穴对。产生的电子、空穴在内部电场作用下 分离并迁移到粒子表面，电子具有很强的还原性，空穴具有很强的氧化性。在Ti02阳极，产 生的电子通过导线传输到铂阴极；产生的空穴因其强氧化性，可夺取I2/I3—溶液中的13—的 电子使其还原成12，而12通过I2/I3—溶液传输到铂阴极处得到通过导线传输到铂阴极的电 子被氧化成13—，这就是Ti02光电池的基本工作原理。 但是现有太阳能技术并不能将产生的电能原位储存起来，传统太阳能电池系统， 必须包含有太阳能电池方阵，非原位的蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜、自动 太阳能跟踪系统等设备，其系统庞大，难以小型化。而且硅系太阳能电池价格昂贵，也不利 于太阳能电池技术的普及应用。 传统储氢金属是一种具有高度活性的金属，可以是单质金属如镁，也可以是合金 如TiFe、 LaNi5。储氢金属在电子的作用下可将水中的氢还原成氢原子并储存到储氢金属 的点阵中形成金属氢化物，或者使氢分子在储氢金属表面发生解离吸附形成氢原子而后形 成金属氢化物。钛元素能与许多过渡金属元素形成钛系储氢合金，如TiFe、 TiNi、 TiMni.5、 TiV2。 而光解水储氢材料是一种利用Ti02可以光解水的特点，将光解水得到的氢储存起 来的一种复合材料。该材料以钛系储氢合金为基，通过可控氧化技术在钛系储氢合金表面 生成锐钛矿型Ti02与过渡金属微粒形成的薄膜，所形成的Ti02薄膜具有光电转换功能，薄 膜层中存在的过渡金属微粒具有催化活性，Ti02薄膜所覆盖的钛系储氢合金又具备储氢功 能。 空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质的一次电池，常见的有锌空气电池 和镁空气电池。以锌空气电池为例，通过载体活性炭做成的电极与以锌为活性物质的负极 进行反应的电池，它以KOH溶液或NH4C1作电解液。以KOH溶液为电解质时，其基本工作原 理为电池负极上的锌与电解液中的OH—发生电化学反应(阳极反应)，释放出电子。同时空气负极反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的空气中的氧气相接触，吸收 电子，发生电化学反应(正极反应)。其电极反应为
负极电化学反应Zn+20H— — Zn0+H20+2e
正极电化学反应l/202+H20+2e — 20H—
电池反应Zn+l/202 — ZnO 在太阳能电池研制和技术开发过程中充分利用Ti02与钛系储氢合金所形成的光 解水储氢材料和空气电池技术，实现太阳能电池原位错时发电的技术，尚无成功先例。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够通过光解水储氢材料将太阳光转变成 氢能储存起来，然后原位通过空气电池的形式将储存的氢能转变成电能释放出来，储氢材 料中的氢被消耗完了 ，可再利用太阳光进行光解水储氢，周而复始，不断将太阳能转变成电 能的新型太阳能电池。 为了解决技术问题，本发明提供的技术方案是提供一种原位错时发电的太阳能 电池，以阴离子交换膜或聚丙烯纤维制成的无纺布为隔膜，以碱溶液为电解质；该电池以加 载于电极基体上的导电高分子修饰碳载氢氧化钴催化剂为正极，该电极基体的外侧紧贴作 为容器壁的夹板，夹板带有空气通孔；以加载于电极基体上的光解水储氢材料为负极，负极 与作为容器壁的导电玻璃具有叠加而成的复层结构，由外至内依次为导电玻璃、光解水储 氢材料层和电极基体；正极上加载的催化剂层、负极的电极基体分别与隔膜相对安置；正 极的电极基体为经憎水处理的碳布或碳纸，负极的电极基体为泡沫镍、碳布或碳纸；
所述光解水储氢材料，包括作为基体的钛系储氢合金，和附着于基体表面的由锐 钛矿型Ti02与过渡金属微粒混合构成的薄膜；钛系储氢合金以通式表示为TiM，b，式中M 为过渡金属V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co或Ni中的至少一种，N为添加元素Al或Si ;a的范围为0 2， b的范围为0 0. 5，即Ti与过渡金属、添加元素的原子比为1 : 0 2 : 0 0. 5;与 锐钛矿型Ti02混合构成薄膜的过渡金属微粒，是与M相对应的过渡金属的微粒。
本发明中，所述光解水储氢材料中，锐钛矿型Ti02与过渡金属微粒混合构成的薄 膜，其膜厚为5 30nm。 本发明中，为了增加太阳能电池的储能能力，可将其他储氢材料混入，如图2所 示。在导电玻璃与光解水储氢材料层之间，还设置有一般储氢材料层；该一般储氢材料为 ReNi5—a—bMaNb或ZivxTixNi2—a—bMaNb，其中M为过渡金属V、 Cr、Mn、 Fe、 Co或Ni ;Re为纯稀土或 混合稀土元素；N为添加元素Al或Si， a的范围为0 1. 5 ;b的范围为0 1 ;x的范围为 0 0. 5。 本发明中，所述负极是通过将光解水储氢材料与粘合剂调制成浆料涂敷于电极基 体上，晾干后制得；所述粘合剂为浓度为5wt. %的全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水溶液。
本发明中，所述负极的制备方法还可以是先将一般储氢材料与粘合剂调制成浆 料涂敷于电极基体上，晾干；然后将光解水储氢材料与粘合剂调制成浆料涂敷于一般储氢 材料上，晾干；所述粘合剂为全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水溶液，浓度均为5wt. %。
本发明中，所述正极是通过将导电高分子修饰碳载氢氧化钴与粘合剂调制成浆料 涂敷于经憎水处理的碳布或碳纸上，晾干后制得；所述粘合剂为浓度为5wt. %的全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水溶液。 本发明中，所述电池的结构中，在负极一侧设有气体导出口 。 本发明中，所述碱溶液为氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液，浓度为1 6mol L—、 本发明中，所述导电玻璃是氧化铟锡导电玻璃。 本发明中，所述光解水储氢材料通过下述方式制得取钛系储氢合金机械破碎成 粒径为lmm以下的粒子，通过1 10次的吸放氢循环，得到粒径为100nm以下的粒子；然后 在含氧量为0. 01 5%的氮氧混合气氛或氩氧混合气氛中，在400 80(TC下热处理0. 2 5小时；冷却后，将得到的粉末，浸入温度为50 90°C ，含30wt %的NaOH溶液，搅拌浸渍 0. 2 1小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为5-30nm的锐钛矿型Ti02与过渡金 属微粒形成的薄膜。 本发明中，所述导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的制备方法已由本案 申请人:提出另一中国发明专利(申请号200910098411. 8)，包括以下步骤
(1)导电聚合物修饰的碳载体的制备 将碳材料分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1 : 10 30;加入 冰乙酸或者盐酸调节pH值为1 4，室温搅拌10 30min ;按与碳材料的质量比为1 : 4 1 : 5加入吡咯或噻吩搅拌5 10min，然后加入浓度为3 30wt. %的H202或者FeCl3水 溶液20 50ml，作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3 10h ;产物用温去离子水洗涤，真空 干燥后制得导电聚合物修饰的碳载体； (2)导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的制备 取前述导电聚合物修饰的碳载体与去离子水配成悬浊液加入三颈烧瓶，其中碳载 体与去离子水的质量比为l : 15 1 : 25;再加入钴盐溶液，其中碳载体与钻盐的质量比 为1 : 0. 2 1 : l，搅拌回流加热至70 9(TC;缓慢加入浓度为0. 5M的碱性硼氢化钠溶 液20ml作为还原剂，剧烈搅拌30 60min后，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70 9(TC干燥6 12h后制得导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂。所述钻盐为下述中
的任意一种无机钴盐硝酸钴、氯化钴、硫酸钴，或有机钴盐草酸钴、醋酸钴。所述碳材料
是导电乙炔黑、球形炭黑或纳米碳管中的任意一种。
经憎水处理的碳纸或碳布的制备过程如下将碳纸或者碳布浸没在lOwt. %聚四
氟乙烯乳液中，浸渍2 4min后，用滤纸吸干残余的聚四氟乙烯乳液，将基体放入马弗炉中 35(TC煅烧1 2h，自然冷却至室温即可。
本发明据以实现的电化学原理 当太阳光照射到钛系储氢合金表面1102薄膜时，半导体1102价电子被激发到导带 上，在内部电场作用下分离并迁移到Ti02与过渡金属微粒的界面处，在过渡金属微粒表面 与水发生电化学还原反应形成氢原子和氢氧根离子，氢原子沿过渡金属微粒表面扩散到钛 系储氢合金本体，进入储氢合金点阵形成金属氢化物；
TiMaNb+xH20+xe— — TiMaNbHx+xOH— 同时残留在Ti02价带上的空穴传输到Ti02薄膜与碱液构成的双电层的Ti02侧， 夺取OH—的电子使其还原成02而逸出。
20H—+2h+ — H20+l/202个 综合以上两个过程，可以实现光水解储氢的反应过程
TiMaNb + xH20 —TiMaNb + 0.5xO2个 随着光水解储氢的进行，02不断逸出，储氢合金中氢含量不断升高。当氢含量超过 储氢材料的氢容量时，就会有氢气逸出。 当采用光解水储氢材料层和一般储氢材料层构成的双层结构的负极时，光解水储 氢材料层中氢储满后，一般储氢材料层就会继续储氢，从而增大了负极的储氢容量。
本发明的太阳能电池发电时，在负极发生储氢合金中氢的电化学氧化反应
TiMaNbHx (或其他金属氢化物)+xOH— — TiMaNb (或其他储氢合金)+xH20+xe—
使用空气中的氧为氧化剂，在正极，发生氧的电化学还原反应
H20+l/202+2e— — 20H— 综合以上两个过程，可以实现将储存的氢化学能转变为电能，其综合反应为
TiMaNbH2x (或其他金属氢化物)+0. 5x02 — TiMaNb (或其他储氢合金)+xH20
该反应是光解水储氢的逆反应。 此时，所有储氢合金中的氢被电化学氧化与氢氧根结合复原成水，放电结束时，正 负极又回到光水解储氢反应过程之前的状态。
本发明具有的有益效果 本发明除了一般太阳能电池所具备的特征之外，无污染、无二氧化碳排放，环境友 好，可广泛用于军事、照明、家用电器、气象、地质、石油、铁路、航空、交通信号、农牧业特殊 光源等领域。通过氧气在电池与环境之间的交换，将传统太阳能电池系统中蓄电池组的储 电功能集约在负电极上，从电池结构上把正极活物质排除在外，大大提高了电池的能量密 度，易于小型化。本发明不仅实现了太阳能的光电转换，又能进行电能的储存，可进行原位 错时发电。彻底改变了传统太阳能电池只能进行能量转换，不能进行能量储存的现状，是太 阳能电池技术的一次革命。 本发明不仅实现了太阳能的光电转换，又实现电能的实时储存和使用；当负载消 费的电能小于太阳能电池所产生的电能时，多余的电能就能储存起来，使太阳能电池始终 保持高效率发电，提高太阳能电池工作效率；同时也形成了太阳能电池和蓄电池耦合供电 模式，这对于减小负载变化对工作电压的影响，稳定工作电压起到了积极的作用，拓宽了太 阳能电池的应用范围。
图1为具备原位错时发电功能的太阳能电池构造。 图2为采用光解水储氢材料层和一般储氢材料层构成负极的太阳能电池构造。
图3为本发明实例中300瓦紫外灯照射2小时后，采用100mA放电时电压的变化 曲线。 图4为本发明实例中紫外光照射电池负极时电流100mA下的放电性能。
图1和图2中的附图标记为1-隔膜、2_负极电极基体、3-光解水储氢材料、4-氧 化铟锡导电层、5-石英玻璃、6_密封圈、7-氢氧化钴、8-导电高分子修饰碳黑、9-正极电极 基体、10-空气通孔、11-夹板、12-出气孔、13- —般储氢材料。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明进一步详细描述
实施例一 单层光解水储氢材料负极 取粒径为100nm左右的TiCr2合金粉末，在含氧量为5%的氩氧混合气氛下，在 80(TC下热处理0. 2小时，将得到的粉末，浸入温度为5(TC，含30wt^的NaOH溶液，搅拌浸 渍1小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为5nm的锐钛矿型Ti02与金属Cr微粒构 成薄膜的光解水储氢材料。取光解水储氢材料0. 5克放入研钵中与粘合剂聚丙烯醇(PVA) 水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米的碳纸上，光解 水储氢材料与PVA的质量比为1 : 0.1。晾干后，把碳布涂有光解水储氢材料的面与氧化 铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在 0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理20分钟，然后冷却，制得太阳 能电池的单层光解水储氢材料构成的负极。 实施例二 光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极 取一般储氢材料LaNi4.5Al。.5( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂聚丙烯醇 (PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. O平方厘米的碳布上， LaNi4.5Al。.5与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。 取粒径为100nm左右的TiCoAl。^合金粉末，在含氧量为1%的氩氧混合气氛下，在 60(TC下热处理3小时。将得到的粉末，浸入温度为90°C，含30wt%的NaOH溶液，搅拌浸渍 0. 2小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为20nm的锐钛矿型Ti02与Co金属微粒 构成薄膜的光解水储氢材料。取该光解水储氢材料0. 5克放入研钵中与粘合剂聚丙烯醇 (PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到一般储氢材料LaNi^Al。.5层上。晾 干后，把碳布涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于 导电玻璃上，玻璃各边留出0.5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护 下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池的光解水储氢材料和一般储氢材料构 成的复层负极。
实施例三正极制作 将10克碳材料加入300ml水配成悬浊液，加入5g冰乙酸室温搅拌20min，调整到 pH值为3. 0。再加入2g吡咯单体搅拌5min，之后加入10ml 30wt. % H202作为聚合反应的引 发剂，室温搅拌3h。产物用温去离子水洗涤，真空9(TC干燥12h，得到聚吡咯含量为15wt. % 的聚吡咯修饰碳材料。 将聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴催化剂、水、聚四氟乙烯乳液和无水乙醇按照
i : 4.5 : 7 : 4.5的质量比例混合调制成浆料，然后均匀地涂敷到面积为i.sxi.o平方
厘米的憎水处理后的碳布上，35(TC烘lh后，自然冷却至室温制备成正极，催化剂担载量为 10mg cm 2。 实施例四电池组装取一般储氢材料Zr。.gTi。.iNiuMn。.6A1。.2( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂: 聚丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米 的泡沫镍上，Zr。.9Ti。.^iuMn。.6A1。.2与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。
取粒径为100nm左右的TiV2Si。.5合金粉末。在含氧量为1 %的氩氧混合气氛下，在40(TC下热处理5小时。将得到的粉末，浸入温度为7(TC，含30wt^的NaOH溶液，搅拌浸 渍0. 6小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与V金属微粒 构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆 料，涂敷在Zr。.9Ti。.^iuMn。.eA1。.2层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导 电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池 的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺 布及实施例三的正极构成三明治结构形成膜电极结合体，如图2所示组装成电池，负极侧 充满KOH溶液(浓度为6mol L—0 。
实施例五以阴离子膜为隔膜的电池 取一般储氢材料Zr。.gTi。.iNiuMn。.6A1。.2( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂:
聚丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米
的泡沫镍上，Zr。.9Ti。.^iuMn。.6A1。.2与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。 取粒径为100nm左右的TiV2Si。.5合金粉末。在含氧量为1 %的氩氧混合气氛下，
在400°C下热处理5小时。将得到的粉末，浸入温度为90°C ，含30wt %的NaOH溶液，搅拌浸
渍0. 3小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与V金属微粒
构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆 料，涂敷在Zr。.9Ti。.^iuMn。.eA1。.2层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导 电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池 的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。 将10克碳材料加入300ml水配成悬浊液，加入5g冰乙酸室温搅拌20min，调整到 pH值为3. 0。再加入2g吡咯单体搅拌5min，之后加入10ml 30wt. % H202作为聚合反应的引 发剂，室温搅拌3h。产物用温去离子水洗涤，真空9(TC干燥12h，得到聚吡咯含量为15wt. % 的聚吡咯修饰碳材料。 将聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴催化剂、水、聚四氟乙烯乳液和无水乙醇按照
i : 4.5 : 7 : 4.5的质量比例混合调制成浆料，然后均匀地涂敷到面积为i.sxi.o平方
厘米的憎水处理后的碳纸上，35(TC烘lh后，自然冷却至室温制备成正极，催化剂担载量为 10mg cm 2。 将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺布及上述正极构成三明治结构形成膜电极 结合体，如图2所示组装成电池，负极侧充满NaOH溶液(浓度为lmol L—0 。
实施例六电池的光充电 取一般储氢材料Zr。.5Ti。.5NiuCr。.^i。.J < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂: 聚丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米 的泡沫镍上，Zr。.5Ti。.sNiuCr。.iSi。.i与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。
取粒径为100nm左右的TiMni.5Si。.2合金粉末。在含氧量为0. 01%的氮氧混合气 氛下，在800°C下热处理5小时，将得到的粉末，浸入温度为60°C ，含30wt %的NaOH溶液，搅拌浸渍0. 4小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与Mn金属微粒构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆料，涂敷在Zr。.5Ti。.5Ni,8Cr。. ^i。.工层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. 1kgcm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺布及实施例三的正极构成三明治结构形成膜电极结合体，如图2所示组装成电池，负极侧充满KOH溶液(浓度为lmol L—0 。用300瓦紫外灯照射2小时，电池的电压从0. 3V上升到了 0. 9V。 实施例七电池的光充电后放电 取一般储氢材料ZrNi。.5Fei.5( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂聚丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米的泡沫镍上，ZrNi。.sFeL5与PVA的质量比为1 : 0. l，晾干后备用。 取粒径为lOOnm左右的TiFe合金粉末。在含氧量为0. 01 %的氮氧混合气氛下，在80(TC下热处理5小时，将得到的粉末，浸入温度为8(TC，含30wt^的NaOH溶液，搅拌浸渍1小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与Fe金属微粒构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆料，涂敷在ZrNi。. 5Fe, 5层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理IO分钟，然后冷却，制得太阳能电池的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺布及实施例三的正极构成三明治结构形成膜电极结合体，如图2所示组装成电池，负极侧充满K0H溶液(浓度为3mol L—0 。用300瓦紫外灯照射2小时，电池的电压从0. 3V上升到了 0. 88V，采用100mA放电，电压的变化曲线如图3所示。
实施例八电池的放电后的光充电 取一般储氢材料MmNi4.3V。.4Si。.3( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂聚丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1. 5X 1. 0平方厘米的泡沫镍上，MmNi4.3V。.4Si。.3与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。Mm为富铈混合稀土。
取粒径为lOOnm左右的TiFe合金粉末。在含氧量为0. 01 %的氮氧混合气氛下，在80(TC下热处理5小时，将得到的粉末，浸入温度为6(TC，含30wt^的NaOH溶液，搅拌浸渍0. 3小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与Fe金属微粒构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆料，涂敷在MmNiuVMSiu层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺布及实施例三的正极构成三明治结构形成膜电极结合体，如图2所示组装成电池，负极侧充满K0H溶液(浓度为lmol L—0 。用300瓦紫外灯照射2小时，电池的电压从0. 3V上升到了 0. 9V，采用100mA放电1小时后，电压降至0. 2V。重新开启300瓦紫外灯照射2小时后，电压又回升到了 0. 9V。 实施例九紫外光照射电池负极时100mA的实时放电性能 取一般储氢材料LmNi4.3Co。.5Al。.2 ( < 200目)0. 5克放入研钵中与粘合剂凍丙烯醇(PVA)水溶液(浓度为5wt. % )进行研磨混合，涂敷到面积为1.5X1.0平方厘米的泡沫镍上，LmNi4.3Co。.5Al。.2与PVA的质量比为1 : 0. 1，晾干后备用。Lm为富镧混合稀土。
取粒径为100nm左右的TiNi合金粉末。在含氧量为0. 01 %的氮氧混合气氛下，在80(TC下热处理5小时，将得到的粉末，浸入温度为9(TC，含30wt^的NaOH溶液，搅拌浸渍0. 3小时，用去离子水洗涤后真空干燥，得到膜厚为10nm的锐钛矿型Ti02与Ni金属微粒构成薄膜的光解水储氢材料。 取上述光解水储氢材料0. 5克，与5毫升PVA溶液(浓度为5wt % )混合调制成浆料，涂敷在LmNiuCo。.5Al。.2层上。晾干后，把涂有光解水储氢材料的面与氧化铟锡导电玻璃涂有氧化铟锡的面向对，置于导电玻璃上，玻璃各边留出0. 5厘米的余边，在0. lkg cm—2的压力下压制成型。在氩气保护下，50(TC热处理10分钟，然后冷却，制得太阳能电池的光解水储氢材料和一般储氢材料构成的复层负极。将上述负极与聚丙烯纤维制成的无纺布及实施例三的正极构成三明治结构形成膜电极结合体，如图2所示组装成电池，负极侧充满KOH溶液(浓度为lmol L—0。用300瓦紫外灯照射时，采用100mA的电流放电，电压始终维持在O. 6V，如图4所示。 最后，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
一种原位错时发电的太阳能电池，以阴离子交换膜或聚丙烯纤维制成的无纺布为隔膜，以碱溶液为电解质；其特征在于，以加载于电极基体上的导电高分子修饰碳载氢氧化钴催化剂为正极，该电极基体的外侧紧贴作为容器壁的夹板，夹板带有空气通孔；以加载于电极基体上的光解水储氢材料为负极，负极与作为容器壁的导电玻璃具有叠加而成的复层结构，由外至内依次为导电玻璃、光解水储氢材料层和电极基体；正极上加载的催化剂层、负极的电极基体分别与隔膜相对安置；正极的电极基体为经憎水处理的碳布或碳纸，负极的电极基体为泡沫镍、碳布或碳纸；所述光解水储氢材料，包括作为基体的钛系储氢合金，和附着于基体表面的由锐钛矿型TiO2与过渡金属微粒混合构成的薄膜；钛系储氢合金以通式表示为TiMaNb，式中M为过渡金属V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni中的至少一种，N为添加元素Al或Si；a的范围为0～2，b的范围为0～0.5，即Ti与过渡金属、添加元素的原子比为1∶0～2∶0～0.5；与锐钛矿型TiO2混合构成薄膜的过渡金属微粒，是与M相对应的过渡金属的微粒。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光解水储氢材料中，锐钛矿型 Ti02与过渡金属微粒混合构成的薄膜，其膜厚为5 30nm。
3. 根据权利要求1或2所述任意一种太阳能电池，其特征在于，所述负极是通过将光 解水储氢材料与粘合剂调制成浆料涂敷于电极基体上，晾干后制得；所述粘合剂为浓度为 5wt. %的全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水溶液。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在导电玻璃与光解水储氢材料层 之间，还设置有一般储氢材料层；该一般储氢材料为ReNi5—a—bMaNb或Zr卜xTixNi2—a—bMaNb，其中 M为过渡金属V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni ;Re为纯稀土或混合稀土元素；N为添加元素Al或Si， a的范围为0 1. 5 ;b的范围为0 1 ;x的范围为0 0. 5。
5. 根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述负极的制备方法是先将一般 储氢材料与粘合剂调制成浆料涂敷于电极基体上，晾干；然后将光解水储氢材料与粘合剂 调制成浆料涂敷于一般储氢材料上，晾干；所述粘合剂为全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水 溶液，浓度均为5wt. %。
6. 根据权利要求1、2或4所述任意一种太阳能电池，其特征在于，所述正极是通过将导 电高分子修饰碳载氢氧化钴与粘合剂调制成浆料涂敷于经憎水处理的碳布或碳纸上，晾干 后制得；所述粘合剂为浓度为5wt. %的全氟磺酸树脂溶液或聚丙烯醇水溶液。
7. 根据权利要求1、2或4所述任意一种太阳能电池，其特征在于，所述电池的结构中， 在负极一侧设有气体导出口 。
8. 根据权利要求1、2或4所述任意一种太阳能电池，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化 钾或氢氧化钠的水溶液，浓度为1 6mol L—、
9. 根据权利要求1 、2或4所述任意一种太阳能电池，其特征在于，所述导电玻璃是氧化 铟锡导电玻璃。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池，旨在提供一种原位错时发电的太阳能电池。该电池以阴离子交换膜或聚丙烯纤维制成的无纺布为隔膜，以碱溶液为电解质；该电池以加载于电极基体上的导电高分子修饰碳载氢氧化钴催化剂为正极，以加载于电极基体上的光解水储氢材料为负极。所述光解水储氢材料，包括作为基体的钛系储氢合金，和附着于基体表面的由锐钛矿型TiO2与过渡金属微粒混合构成的薄膜。本发明实现了太阳能的光电转换，又能进行电能的储存，可进行原位错时发电。彻底改变了传统太阳能电池只能进行能量转换，不能进行能量储存的现状，拓宽了太阳能电池的应用范围，是太阳能电池技术的一次革命。
文档编号H01M16/00GK101752630SQ20091015547
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者刘宾虹, 李洲鹏 申请人:浙江大学