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    材料與能源學院楊思源副研究員在光充電鋰硫電池研究上取得新進展

    來源單位及審核人:材料與能源學院 田立編輯:曾子焉審核發布:李彥華 發布時間:2024-03-26瀏覽次數:10

      近日,我校材料與能源學院綠色能源材料團隊楊思源副研究員聯合廣州大學彭鋒教授、嶺南師范大學周小松教授等人以“因果導向思維”方式,提出在IPR-LiSBs中引入石墨烯負載硫化鎘(rGO/CdS)光電極,利用“可溶性多硫化物導致LiSBs循環穩定性差”與“CdS的光活性優異但需‘犧牲劑’增強其抗光腐蝕穩定性”兩者之間的問題交叉點,構成“取長補短”增效機制。該研究成果以Research Article形式在國際權威期刊Angew. Chem. Int. Ed.(中科院一區Top,影響因子IF=16.6)上發表。

      光電轉換技術實現了從太陽能到電能的直接轉換,是我國推進能源革命、應對氣候變化、實現“雙碳”發展的重要途徑之一。近年來,隨著電網系統、人工智能設備和可穿戴自供電小型電子產品的發展,集成一體式光充電電池(Integrate-PRBs:IPRBs)得到了國內外科研人員的廣泛關注。這種先進的IPRBs系統不但具有更高的理論能量轉換/存儲效率,還簡化了設備配置,提供了良好的安全性、小型化、便攜性和靈活性等諸多優勢,IPRBs也有望賦予傳統電池智能化功能,拓寬其在智能電子、光電子和傳感器領域的應用,如自供電光電傳感器等,展現出廣闊的應用前景。

      研究發現,rGO/CdS的光催化效應不但能有效地錨定多硫化物以減小穿梭效應、提高IPRLBs的能量轉換效率與穩定性,多硫化物的存在實際上也提高了CdS的光腐蝕穩定性。實驗結果表明,rGO/CdS光電極組成的IPR-LiSBs在高電流密度(1C)下放電比容量提升至971.30 mA h g-1,相較于暗條件下提升了113.3%。值得一提的是,PRLSBs僅經過1.5小時的光照即可維持21小時的放電過程,實現了高達5.04%的太陽能至電能轉換效率。

    圖1.(A)光催化效應、(B)吸附效應、(C)光照射效應和(D)光熱效應對rGO/CdS吸附Li2S6性能影響的UV-Vis對比光譜圖及實物數碼照片,(E)光照下熱成像示意圖,照明和非照明條件下rGO/CdS吸附Li2S6后高分辨XPS對比:(F)Li 1s、(G)Cd 3d、(H)S 2p。

    圖2.(A)無任何外部電源條件下,光充-暗放與自充-暗放恒流放電曲線,(B)電池的循環穩定性和光響應穩定性,(C)光照和黑暗條件下的倍率性能,(D)0.2 ~ 5 C不同電流密度下的容量增加百分比,0.2 C(E)、1 C(F)和3 C(G)恒流充放電曲線、(H)1C電流密度下,電池的循環穩定性和光響應穩定性。

    圖3.(A)光照射和(B暗條件)下的電池充放電曲線(電流密度:0.2C),分別是照明和未照明的Li-S電池,(C)光、(D)暗條件下rGO/CdS光電極的原位拉曼光譜等高線圖,(C)光、(D)暗條件下rGO/CdS光電極的原位拉曼光譜等高線圖的電勢瀑布圖。紅色:放電;藍色:充電。

    圖4.(A)rGO/CdS基鋰硫電池的光輔助放電(上)和充電(下)電荷轉移示意圖,光生電荷反應方程,(C)GO、(D)rGO/CdS(暗)和(E)rGO/CdS(光)對多硫化鋰轉化性能示意圖。

      論文第一作者為我校碩士研究生楊甜珍。論文通訊作者包括我校楊思源副研究員,廣州大學彭鋒教授、嶺南師范大學周小松教授。此研究工作得到了嶺南現代農業項目實驗室(NZ2021029)、國家自然科學基金(21802046, 21972048)、廣東省自然科學基金(2023A1515012033)、廣西重點研發計劃(2023AB03138)和廣西低碳能源材料重點實驗室開放項目等資助。

      相關論文信息:https://doi.org/10.1002/anie.202403022

    文圖/材料與能源學院 高瓊芝


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