[科普中国]-离子光电池

化学反应大多是在溶剂中发生的，有机溶剂是最常用的反应介质，它们能很好地溶解有机化合物，但有机溶剂的毒性和挥发性又成为对环境有害的因素。

英文名称

离子光电池：gas cell

概述随着科学的不断发展，人们对化学化工过程的要求也越来越高，绿色化学、环境友好化学、清洁技术等概念的提出就是对传统的化学研究和化工生产的挑战。
作为绿色替代溶剂，离子液体正受到化学界各个方面的关注。它在烷基化、氢化、酯化、聚合等反应中的应用和在化学反应及分离技术中所展现的清洁、友好的独特魅力，使离子液体这一新的绿色溶剂替代技术成为发展清洁合成的重要途径。离子液体是指室温或低温下为液体的盐。通常为无色液体，由含氮、磷有机阳离子和大的无机阴离子组成。最常用的是烷基铵盐、烷基磷酸盐、N烷基吡啶(如[Nbupy]:N丁基吡啶)和N,N′二烷基咪唑阳离子(如[emim]：1乙基3甲基咪唑)；其阴离子常见的是卤素离子、AlCl4-和含氟、含磷、含硫的多种离子，如BF4-、PF6-、CF3SO3-等。

电池技术发展绿色化学的核心问题是研究新反应体系，包括新合成方法和路线，寻求新的化学原料，探索新的反应条件等。
化学电源的开发是绿色化学中的重要课题，高能量、长寿命、低污染已成为判别化学电源是否可行的根本依据。上世纪70年代末期，Osteryoung等开始对有机氯化铝的离子液体作为电解液在电池中的应用进行了广泛而深入的研究。电解液的种类很大程度上影响着电池能量的贮存和释放，DIME电池(双嵌式熔盐电池)就是将离子液体用作电解液的典型例子。它采用价廉易得的石墨作电极材料，避免使用任何有机溶剂和挥发性物质，且电池可以在放电状态下自装配。DIME电池的性能尚未得到优化，但它的出现为离子液体在电池中的应用提供了证据。同样，Gratzel等也曾将离子液体用于染料敏化光电池的研究。植物的光合作用的能效一般较低，而利用半导体技术发展起来的人工光合器件，如光电池却能将能效提高到30%～60%。光电化学太阳能电池是将太阳能直接转换成电能的一种光电器件，这是伴随着半导体电化学发展起来的一个分支。传统的光电池中使用的电解液，由于易挥发，或与水或氧气相互作用，影响了光电池的性能。
离子液体作为电解液使用在染料敏化光电池中，有利于改进以上不足，在这一领域中显示出优越的性能。离子液体也可以用于锂离子可充电电池的研究。锂离子电池由于具有工作电压高、重量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等突出优点，使它在上世纪80年代末诞生以来，迅速实现了商品化，被称为“绿色电池”。以吡唑阳离子为基础的1,2二甲基4氟吡唑四氟化硼(DMFPBF4)作为电解液，装配可再充电的锂离子电池，这种离子液体的热稳定温度在300℃，并可在一个宽的温度范围内和锂稳定共存，电化学窗口约4.1V，氧化电位大于5V(vs.LiLi)，实验证明,以离子液体为电解液的LiMn2O4Li电池显示了高度的可逆性(>96%)。1

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学