目前，電動汽車已經(jīng)占據(jù)了很大一部分市場，而且其份額將會在未來多年內(nèi)繼續(xù)快速增長。與燃油汽車相比，電動車的單次續(xù)航里程已經(jīng)可以與之媲美，然而，在充能方面，燃油車僅需數(shù)分鐘即可加滿燃料，而電動汽車則需要數(shù)小時甚至十幾個小時才可以將電池組充滿電。更為糟糕的是，充電樁設(shè)施短缺，天氣環(huán)境對電池容量影響巨大，電量無法簡單借用和共享，這些不容忽視的問題都大大加劇了電動車主們的“電量焦慮感”。
?
如果能搭建一個覆蓋整個路面，廉價易得的無線充電網(wǎng)絡(luò)的話，這些問題仿佛可以迎刃而解。這聽起來像是無法實現(xiàn)的天方夜譚，但是實際上，這樣一個免費的無線充電站已經(jīng)存在了好幾十億年了！這個無線充電站的電源就是我們的太陽，利用巧妙設(shè)計的光驅(qū)動儲能系統(tǒng)，我們就可以源源不斷的從太陽哪里獲取能量。
近日，Advanced Science 在線發(fā)表了南開大學材料科學與工程學院高學平研究員課題組關(guān)于光充電二次電池的工作。該工作的突出亮點在于通過共享電極（JEM）設(shè)計了一種一體式的光驅(qū)動鋰硫二次電池體系，可以高效的實現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)換和儲存。論文的第一作者為南開大學博士研究生陳鵬，論文通訊作者為高學平研究員。
?
本文提出了一種集成式的太陽能驅(qū)動可充電鋰硫電池系統(tǒng)。具體來說，三個鈣鈦礦太陽能電池被串聯(lián)組裝在一個單一的襯底上，對高能硫鋰(Li-S)電池進行光充電，同時將太陽能直接轉(zhuǎn)化為化學能。在后續(xù)的放電過程中，儲存在鋰電池中的化學能進一步轉(zhuǎn)化為電能。
?
因此，新設(shè)計的電池能夠在太陽能驅(qū)動的條件下實現(xiàn)太陽能到化學能的轉(zhuǎn)換，進而將儲存的化學能轉(zhuǎn)化為電能。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使集成電池整體能量轉(zhuǎn)換效率達到5.14%。此外，由于自調(diào)節(jié)光充電的優(yōu)點，電池系統(tǒng)在接近2C的高光充電速率下保持高達762.4mAh?g-1的高比容量，顯示出高效的光充電特性。
圖1：光驅(qū)動鋰硫電池的原理示意圖（圖片來自 Chen, P., Li, G.‐R., Li, T.‐T., Gao, X.‐P., Solar‐Driven Rechargeable Lithium–Sulfur Battery. Adv. Sci. 2019, 1900620.）。
本文首次提出了一種基于新型JEM模式的一體式太陽能驅(qū)動充電電池。通過穩(wěn)定的共享電極，將鋰金屬正極和負載硫的碳負極的Li-S電池直接組裝在PSCs部件的上方。
圖2：光驅(qū)動鋰硫電池的電學性能 （a）：電源充放電和光充放電過程的電壓時間曲線（藍色為0.1C電源充放電過程，黃色為光充放電過程，放電速率0.1C）。 （b）：容量循環(huán)保持測試。 （c）不同充電模式下的容量和T值（圖片來自 Chen, P., Li, G.‐R., Li, T.‐T., Gao, X.‐P., Solar‐Driven Rechargeable Lithium–Sulfur Battery. Adv. Sci. 2019, 1900620.）。
圖3：光驅(qū)動鋰硫電池的循環(huán)性能測試 （a）：多周光充放電循環(huán)的電壓時間及容量循環(huán)數(shù)曲線。（b）：總能量轉(zhuǎn)換效率和太陽能轉(zhuǎn)換模塊效率隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線。 （c）：容量和總能量轉(zhuǎn)換效率與充電截止電壓的變化曲線（圖片來自 Chen, P., Li, G.‐R., Li, T.‐T., Gao, X.‐P., Solar‐Driven Rechargeable Lithium–Sulfur Battery. Adv. Sci. 2019, 1900620.）。
這種緊湊的結(jié)構(gòu)使得集成太陽能充電電池從太陽能到電能/化學能/電能轉(zhuǎn)換的整體效率達到5.14%。Li-S電池具有智能自調(diào)節(jié)的光充電功能，在2C超快光充電速率下可保持高達750 mAh g-1的高容量，在相同速度的恒流充電模式下容量僅為535?mAh g-1。
?
這些優(yōu)異的性能表明，本文所研制的基于JEM的太陽能儲能電池，為高能量和有效的太陽能存儲系統(tǒng)與新的充電模式打開一個新的大門。
掃碼或點擊閱讀原文閱讀
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900620
高學平，長期從事新能源材料與化學電源研究，相關(guān)研究成果發(fā)表SCI摘錄論文100余篇，部分成果發(fā)表在Energy Environ. Sci.(7篇), Adv. Mater.(3篇), Adv. Energy Mater.(3篇)和Adv. Funct. Mater.(3篇)等期刊上。論文共被SCI他人引用1.3萬余次，單篇SCI最高引用頻次810次，h指數(shù)66。連續(xù)五年(2014-2018)入選愛思唯爾(Elsevier)中國高被引學者。獲2003和2015年度天津市自然科學二等獎(第一完成人)，獲2005年度國家科技進步二等獎(第六完成人)。
期刊介紹
Advanced Science
Advanced Science?is an interdisciplinary premium open access journal covering fundamental and applied research in materials science, physics and chemistry, medical and life sciences, as well as engineering. In 2018, the Impact Factor has increased by almost 40% to a value of 12.441 (2018 Journal Citation Reports).?
Advanced Science?publishes cutting-edge research, selected through a strict and fair reviewing process and presented using highest quality production standards to create a premium open access journal. Top science enjoying maximum accessibility is the aim of this vibrant and innovative research publication platform.
投稿網(wǎng)址
https://www.editorialmanager.com/advancedscience/default.aspx
原創(chuàng)文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/16/adec98c5c9/