今日鋰-氧電池和鈣鈦礦電池獲得新突破，最新成果發布在Nature上

Nature：在類似于空氣的環境中具有較長循環壽命的鋰-氧電池

【引言】

由于其理論比能量高，鋰空氣電池被認為是鋰離子電池的潛在替代品。然而，迄今為止，這樣的系統主要限于純氧環境，并且由于涉及陰極、陽極和電解質的副反應而具有有限的循環壽命。在存在N₂，CO₂和水蒸氣的情況下，這些副反應可能變得更加復雜。此外，由于需要儲存O₂，鋰-氧體系的體積能量密度對于實際應用而言可能太小。

【成果簡介】

近日，在伊利諾伊大學芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿貢國家實驗室Larry A. Curtiss教授（共同通訊作者）的團隊帶領下，與伊利諾伊理工大學和加利福尼亞州立大學合作，采用了兩種策略來限制在含有代表性量的O₂，N₂，CO₂和H₂O的模擬空氣氛圍中的鋰-氧電池中的副反應。首先，團隊開發了Li₂CO₃/C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報道的二硫化鉬納米薄片構建陰極，并使用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM-BF₄）和二甲基亞砜（DMSO）的混合物作為電解質。該系統的組件一起運行，以防止在CO₂和H₂O存在下形成副產物。在模擬空氣環境中作為鋰空氣電池工作，循環壽命長達700次。相關成果以題為“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”發表在了Nature上。

【圖文導讀】

圖1?鋰空氣電池系統中陽極的特性表征

圖2?鋰空氣電池系統中陰極的性能表征

圖3?陰極充放電產物的微觀表征

圖4?鋰-空氣電池的陽極，陰極和電解質的計算研究

【小結】

根據表征和計算研究表明，受保護的鋰陽極，電解質混合物和高性能空氣陰極一起協同工作，在模擬空氣條件下提供循環壽命長的鋰-氧電池。這種設計的新架構鋰空氣電池的能量密度比目前鋰離子電池的高得多，在該領域是有前途的一步。

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

Nature：鉀鈍化對鹵化物鈣鈦礦發光的最大化和穩定化

【引言】

金屬鹵化物鈣鈦礦對各種高性能光電子應用非常有意義。通過改變化學成分連續調諧鈣鈦礦帶隙的能力為鈣鈦礦作為有色發射體、建筑物集成光伏以及作為串聯光伏組件，增加功率轉換效率。然而，性能受非輻射損耗的限制，在標準太陽光照條件下，最新鈣鈦礦太陽能電池的發光效率仍遠低于100％。此外，在連續帶隙調諧性的混合鹵化物鈣鈦礦系統中（帶隙大約為1.7至1.9電子伏特），光致離子偏析導致帶隙不穩定性。

【成果簡介】

近日，在英國劍橋大學Samuel D. Stranks教授（通訊作者）課題組的帶領下，瑞典烏普薩拉大學、荷蘭代爾夫特理工大學和英國謝菲爾德大學合作，制造了一系列玻璃鈍化三重陽離子鈣鈦礦薄膜（(Cs_0.06FA_0.79MA_0.15)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，其中MA =甲基銨，CH₃NH³⁺+FA =甲脒，CH₃₍NH₂)²⁺），用碘化鉀溶液稀釋前體溶液。我們將鈣鈦礦表示為(Cs,FA,MA)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，鈍化樣品為x= [K]/([A]+ [K])，其中A =(Cs，FA，MA )；x代表前體溶液中全部單價陽離子中鉀離子的分數。團隊注意到標準三重陽離子前體溶液配方（x?= 0）具有輕微的鹵化物缺陷；然而，碘化鉀的引入導致樣品中鹵化物稍微過量，同時I/Br比例發生非常小的變化。這些薄膜具有均勻填充的晶粒，每個晶粒尺寸大約為200-400nm。吸收和光致發光測量表明，隨著添加碘化鉀的增加，鈣鈦礦膜的光學帶隙減小，這與添加劑與溴化物的選擇性相互作用一致。相關成果以題為“Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation”發表在了Nature上。

?【圖文導讀】

圖1?鈍化時增加的輻射效率和電荷載流子遷移率

圖2?薄膜的光致發光量子效率和光致離子遷移的抑制

圖3?鈍化鈣鈦礦薄膜的橫截面化學表征?

圖4?與太陽能電池器件接觸時鈣鈦礦的發光特性?

圖5?增強的太陽能電池功率轉換效率?

【小結】

通過用鈍化的鹵化鉀層裝飾表面和晶界，大幅緩解鈣鈦礦薄膜和界面的非輻射損耗和光誘導離子遷移。該鈣鈦礦薄膜展示了66％的外部光致發光量子產率，這轉化為超過95％的內部產量。高的發光收率，同時維持每秒每伏特超過40cm²的高遷移率。當與太陽能電池器件堆疊中的電極接口時，外部發光量（必須最大化以獲得高效率的量）仍然高達15％。團隊的工作代表了可調諧金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜和界面的重要進展，可以接近串聯太陽能電池，彩色發光二極管和其他光電子應用的效率限制。

文獻鏈接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25989）

本文由材料人編輯部學術組木文韜供稿，材料牛整理編輯。

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