近日，山西大學(xué)電力與建筑學(xué)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(jìn)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(diǎn)文章在國際知名期刊 Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表。山西大學(xué)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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)可再生能源的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，減緩氣候變化，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。然而，盡管鋅離子電池具有無數(shù)優(yōu)點(diǎn)，但鋅陽極在充電和放電過程中的循環(huán)穩(wěn)定性低于標(biāo)準(zhǔn)仍然是其實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)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(gè) C=O 和 N 基團(tuán)的功能聚合物涂層(PDPTT)，旨在增強(qiáng) Zn 陽極的循環(huán)穩(wěn)定性。極性功能團(tuán) C=O 和 N 與 Zn2+配位，促進(jìn) 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(yīng)。最后，C=O 和 N 與 Zn 陽極之間的相互作用促進(jìn)了電子從 Zn 轉(zhuǎn)移到聚合物涂層，從而增強(qiáng)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(shí)的超長循環(huán)時(shí)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(dá)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(yīng)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(xué)基金、山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目的資助。