【儀表網 研發快訊】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) 因其卓越的能量轉換效率 (PCE) 而備受關注。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。這些技術之間的協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，促進能源轉型，減緩氣候變化，促進可持續發展。然而，盡管鋅離子電池具有無數優點，但鋅陽極在充電和放電過程中的循環穩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 陽極的循環穩定性。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 轉移到聚合物涂層，從而增強了陽極界面對電解質的親和力。利用這些優勢，Zn-PDPTT//ZnPDPTT對稱電池在 1 mA/cm2 的電流密度下表現出超過 4300 小時的超長循環時間。Zn-PDPTT//AC鋅離子混合電容器在5 A/g電流密度下經過50000次循環后仍表現出穩定的循環性能，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、探測器和相關應用方面發表了系列研究工作(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、山西省基礎研究計劃項目的資助。
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