今日锂-氧电池和钙钛矿电池获得新突破，最新成果发布在Nature上

Nature：在类似于空气的环境中具有较长循环寿命的锂-氧电池

【引言】

由于其理论比能量高，锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而，迄今为止，这样的系统主要限于纯氧环境，并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。在存在N₂，CO₂和水蒸气的情况下，这些副反应可能变得更加复杂。此外，由于需要储存O₂，锂-氧体系的体积能量密度对于实际应用而言可能太小。

【成果简介】

近日，在伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿贡国家实验室Larry A. Curtiss教授（共同通讯作者）的团队带领下，与伊利诺伊理工大学和加利福尼亚州立大学合作，采用了两种策略来限制在含有代表性量的O₂，N₂，CO₂和H₂O的模拟空气氛围中的锂-氧电池中的副反应。首先，团队开发了Li₂CO₃/C涂层锂阳极仅允许锂阳离子通过，从而保护阳极免受模拟空气的成分影响。其次，基于先前报道的二硫化钼纳米薄片构建阴极，并使用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM-BF₄）和二甲基亚砜（DMSO）的混合物作为电解质。该系统的组件一起运行，以防止在CO₂和H₂O存在下形成副产物。在模拟空气环境中作为锂空气电池工作，循环寿命长达700次。相关成果以题为“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”发表在了Nature上。

【图文导读】

图1 锂空气电池系统中阳极的特性表征

图2 锂空气电池系统中阴极的性能表征

图3 阴极充放电产物的微观表征

图4 锂-空气电池的阳极，阴极和电解质的计算研究

【小结】

根据表征和计算研究表明，受保护的锂阳极，电解质混合物和高性能空气阴极一起协同工作，在模拟空气条件下提供循环寿命长的锂-氧电池。这种设计的新架构锂空气电池的能量密度比目前锂离子电池的高得多，在该领域是有前途的一步。

文献链接：A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25984）

Nature：钾钝化对卤化物钙钛矿发光的最大化和稳定化

【引言】

金属卤化物钙钛矿对各种高性能光电子应用非常有意义。通过改变化学成分连续调谐钙钛矿带隙的能力为钙钛矿作为有色发射体、建筑物集成光伏以及作为串联光伏组件，增加功率转换效率。然而，性能受非辐射损耗的限制，在标准太阳光照条件下，最新钙钛矿太阳能电池的发光效率仍远低于100％。此外，在连续带隙调谐性的混合卤化物钙钛矿系统中（带隙大约为1.7至1.9电子伏特），光致离子偏析导致带隙不稳定性。

【成果简介】

近日，在英国剑桥大学Samuel D. Stranks教授（通讯作者）课题组的带领下，瑞典乌普萨拉大学、荷兰代尔夫特理工大学和英国谢菲尔德大学合作，制造了一系列玻璃钝化三重阳离子钙钛矿薄膜（(Cs_0.06FA_0.79MA_0.15)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，其中MA =甲基铵，CH₃NH³⁺+FA =甲脒，CH₃₍NH₂)²⁺），用碘化钾溶液稀释前体溶液。我们将钙钛矿表示为(Cs,FA,MA)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，钝化样品为x= [K]/([A]+ [K])，其中A =(Cs，FA，MA )；x代表前体溶液中全部单价阳离子中钾离子的分数。团队注意到标准三重阳离子前体溶液配方（x = 0）具有轻微的卤化物缺陷；然而，碘化钾的引入导致样品中卤化物稍微过量，同时I/Br比例发生非常小的变化。这些薄膜具有均匀填充的晶粒，每个晶粒尺寸大约为200-400nm。吸收和光致发光测量表明，随着添加碘化钾的增加，钙钛矿膜的光学带隙减小，这与添加剂与溴化物的选择性相互作用一致。相关成果以题为“Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation”发表在了Nature上。

 【图文导读】

图1 钝化时增加的辐射效率和电荷载流子迁移率

图2 薄膜的光致发光量子效率和光致离子迁移的抑制

图3 钝化钙钛矿薄膜的横截面化学表征 

图4 与太阳能电池器件接触时钙钛矿的发光特性 

图5 增强的太阳能电池功率转换效率 

【小结】

通过用钝化的卤化钾层装饰表面和晶界，大幅缓解钙钛矿薄膜和界面的非辐射损耗和光诱导离子迁移。该钙钛矿薄膜展示了66％的外部光致发光量子产率，这转化为超过95％的内部产量。高的发光收率，同时维持每秒每伏特超过40cm²的高迁移率。当与太阳能电池器件堆叠中的电极接口时，外部发光量（必须最大化以获得高效率的量）仍然高达15％。团队的工作代表了可调谐金属卤化物钙钛矿薄膜和界面的重要进展，可以接近串联太阳能电池，彩色发光二极管和其他光电子应用的效率限制。

文献链接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25989）

本文由材料人编辑部学术组木文韬供稿，材料牛整理编辑。

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