【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山西大學電力與建筑學院陳名副教授在基于鈣鈦礦太陽電池充電的鋅離子電池研究領(lǐng)域取得重要進展。其成果以題為“Multi‐Group Polymer Coating on Zn Anode for High Overall Conversion Efficiency Photorechargeable Zinc‐Ion Batteries”作為熱點文章在國際知名期刊 Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表。山西大學為第一通訊單位，陳名為本文第一作者。
 

　　鈣鈦礦太陽能電池(PSC) 因其卓越的能量轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 而備受關(guān)注。與此同時，水系鋅離子電池 (ZIB) 因其不可燃、成本效益、高理論容量(820 mA h g-1、5855 mA h cm-3)和低氧化還原電位(相對于標準氫電極為-0.76 V)而備受追捧。這些技術(shù)之間的協(xié)同作用非常適合制造光充電鋅離子電池，促進可再生能源的廣泛應用，促進能源轉(zhuǎn)型，減緩氣候變化，促進可持續(xù)發(fā)展。然而，盡管鋅離子電池具有無數(shù)優(yōu)點，但鋅陽極在充電和放電過程中的循環(huán)穩(wěn)定性低于標準仍然是其實際應用的一個重大障礙。
 

圖1. 光可充電鋅離子電池的性能測試
 

　　鑒于此，該工作合成了一種含有多個 C=O 和 N 基團的功能聚合物涂層(PDPTT)，旨在增強 Zn 陽極的循環(huán)穩(wěn)定性。極性功能團 C=O 和 N 與 Zn2+配位，促進 Zn 均勻沉積并抑制枝晶形成。此外，聚合物涂層降低了脫溶劑能壘，有效抑制了析氫等副反應。最后，C=O 和 N 與 Zn 陽極之間的相互作用促進了電子從 Zn 轉(zhuǎn)移到聚合物涂層，從而增強了陽極界面對電解質(zhì)的親和力。利用這些優(yōu)勢，Zn-PDPTT//ZnPDPTT對稱電池在 1 mA/cm2 的電流密度下表現(xiàn)出超過 4300 小時的超長循環(huán)時間。Zn-PDPTT//AC鋅離子混合電容器在5 A/g電流密度下經(jīng)過50000次循環(huán)后仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能，Zn-PDPTT//NVO鋅離子電池保持了81.74%的電容和99.22%的庫侖效率。將Zn-PDPTT//NVO與高性能PSC耦合，可使光充電鋅離子電池的總轉(zhuǎn)換效率達到13.12%。
 

　　2024年以來，陳名在鈣鈦礦太陽電池、探測器和相關(guān)應用方面發(fā)表了系列研究工作(Adv. Optical Mater. 2024, 2401028；Journal of Energy Chemistry, 2024, 94, 254-272；Journal of Materials Chemistry C 2024,12, 10540-10547；The Journal of Physical Chemistry C, 2024, 128, 9311-9316.)，該研究工作得到了國家自然科學基金、山西省基礎(chǔ)研究計劃項目的資助。