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南開(kāi)高學(xué)平Nature子刊：水系鋅電+鈣鈦礦太陽(yáng)能電池耦合實(shí)現(xiàn)高效低成本儲(chǔ)能！

通過(guò)將太陽(yáng)能電池與二次電池（如鋰離子電池（LIBs）、鋰硫電池（LSBs）或其他二次電池）結(jié)合組成的太陽(yáng)能充電電池（SRB）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效的光充電模式和高比能量，但它們的功率性能較差。

在此，南開(kāi)大學(xué)高學(xué)平教授等人提出了一種具有高能量、高功率、高效率、高安全性和低成本（4H1L）特性的太陽(yáng)能可充電鋅電池（SRZB），該電池裝置由能夠收集太陽(yáng)能（并將其轉(zhuǎn)化為電能）的集成碳基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模塊和可充電的水系鋅金屬電池組成。

其中，電化學(xué)儲(chǔ)能電池采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)Co₂P-CoP-NiCoO₂納米陣列和鋅金屬分別作為正極和負(fù)極，在32 A/g下循環(huán)25000次后，容量保持率約為78%。因此，鋅電池單元滿足高比能量、高比功率和穩(wěn)定性要求。此外，具有成本效益的成分（KOH、Zn、水）和不易燃的水系電解液可實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的低成本和安全性。

圖1. 水系鋅電池和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電化學(xué)性能

基于異質(zhì)結(jié)構(gòu)Co₂P-CoP-NiCoO₂納米陣列作為夾層接頭電極，采用水系鋅電池單元和高效的無(wú)空穴傳輸層碳基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（C-PVK）模塊制造SRZB。此外，基于鋅電池單元和C-PVK模塊之間的窄范圍電壓匹配機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)了SRZB的高整體效率。因此，該裝置在32 A/g和2 A/g條件下的比功率為54 kW/kg，比能量為366 Wh/kg。

由于具有窄電壓范圍（1.40~1.90 V），該器件的效率約為6%，在200次光充電和放電循環(huán)中都保持了良好的穩(wěn)定性（幾乎無(wú)衰減）。由于使用具有成本效益的材料、安全的水性電解質(zhì)和特殊的光充電模式，也滿足了高安全性和低成本的需求。因此，集成的SRZB可以有效地實(shí)現(xiàn)4H1L目標(biāo)，與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能充電設(shè)備相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

圖2. SRZB的長(zhǎng)期循環(huán)性能和成本分析

Coupling aqueous zinc batteries and perovskite solar cells for simultaneous energy harvest, conversion and storage, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27791-7

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