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品味智慧之光

縱使攬勝四方

我自封面大賞

——編語

鈣鈦礦光伏材料

西北工業(yè)大學(xué)王洪強教授及合作者報道了一種提升鈣鈦礦光伏材料光電轉(zhuǎn)換性能的界面材料——p型氟化納米金簇。該納米金簇通過脈沖激光輻照技術(shù)在乙酸乙酯中制備，經(jīng)反溶劑過程填充到鈣鈦礦膜的晶界處及覆蓋于表面。界面中的金簇負(fù)責(zé)傳導(dǎo)空穴，提升鈣鈦礦膜的電荷分離效率；表面上的金簇因具有疏水配體，能防止水與對水不穩(wěn)定的鈣鈦礦材料接觸，從而增強鈣鈦礦膜的穩(wěn)定性。

解說頭版文章！Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（9月第1期）

含金簇的鈣鈦礦太陽能電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)24.02%（鈣鈦礦材料：FAPbI₃）。相對濕度75%的環(huán)境下可穩(wěn)定運行超過10000小時。

封面靈感來自哪吒鬧海故事。哪吒想破壞龍宮中用鈣鈦礦材料搭建起來的寶塔，但因?qū)毸鸭y處有金簇填充，寶塔雖裂但未垮。以此比喻本文報道的金簇界面材料有助于提升鈣鈦礦光伏材料的穩(wěn)定性。

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鈣鈦礦光伏材料

中科院化學(xué)宋延林課題組與南昌大學(xué)陳義旺課題組聯(lián)合，報道了一種高通量印刷鈣鈦礦太陽能電池的方法。該方法將CH₃NH₃PbI₃顆粒封裝在含有機硅烷的乙腈里，利用彎月面涂布法（meniscus coating），將含鈣鈦礦材料的乙腈涂覆在NiO_x基底上。隨著乙腈揮發(fā)，鈣鈦礦顆粒被均勻釋放在基底上，組裝成大面積、均勻薄膜，形成倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池。位于薄膜晶界里的硅烷保護(hù)鈣鈦礦材料并阻擋界內(nèi)離子傳導(dǎo)，提升太陽能電池的熱穩(wěn)定性和壽命。

該方法簡便快捷，僅需140秒就能印刷出1 kW的鈣鈦礦太陽能電池板。所印刷出的太陽能電池經(jīng)85°C下加熱500小時后，仍保持超過87%的光電轉(zhuǎn)換效率。AM1.5光照超過1000小時后效率無明顯衰減。

右側(cè)剛涂布上的鈣鈦礦乙腈液滴在逐步干燥的過程中形成了左側(cè)具有晶界的鈣鈦礦薄膜。左側(cè)薄膜被半透明的板覆蓋，可能是表達(dá)有機硅烷對鈣鈦礦材料的保護(hù)作用。畫面左上有CH₃NH₃PbI₃晶體結(jié)構(gòu)示意圖，其后三束陽光照下，對應(yīng)太陽能電池。

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鋅基電池

香港理工大學(xué)倪萌課題組、北京理工大學(xué)王克亮課題組、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校Jinhye Bae教授等聯(lián)合，綜述了鋅基電池水凝膠電解質(zhì)的研究進(jìn)展。鋅基電池以其能量高、造價低、安全性好的特點而被應(yīng)用于可穿戴柔性器件中。本綜述側(cè)重于極端環(huán)境（高溫、寒冷等）、大幅度彎曲的工作條件。

綜述基本結(jié)構(gòu)如下：

一、背景概述

二、水凝膠電解質(zhì)的基礎(chǔ)知識及用于柔性鋅基電池的水凝膠電解質(zhì)種類

三、極低溫應(yīng)用條件的水凝膠電解質(zhì)設(shè)計策略與挑戰(zhàn)

四、極高溫應(yīng)用條件的水凝膠電解質(zhì)設(shè)計策略與挑戰(zhàn)

五、大形變應(yīng)用條件的水凝膠電解質(zhì)設(shè)計策略與挑戰(zhàn)

六、構(gòu)筑能應(yīng)用于各種極端條件的水凝膠電解質(zhì)的方法

七、總結(jié)與展望。結(jié)尾提出的鋅基電池水凝膠電解質(zhì)的挑戰(zhàn)包括：

1. 電解質(zhì)各成分比率與實際性能的關(guān)系需要進(jìn)一步研究、優(yōu)化；

2. 開發(fā)拓展水系鋅基電池工作電壓的廉價、便捷的方法；

3. 電極與水凝膠電解液間的反應(yīng)機理有待深究；

4. 商業(yè)化方向的挑戰(zhàn)：電池封裝技術(shù)、電極制造步驟簡化；

5. 電池回收技術(shù)發(fā)展需要跟上電池大規(guī)模應(yīng)用速度；

6. 除高溫、低溫、形變外的其它工作狀況的考慮有待完善，例如電解質(zhì)吸濕、堿性電解質(zhì)與空氣中CO₂反應(yīng)失效等問題應(yīng)如何應(yīng)對。

一塊柔性鋅金屬電池從遠(yuǎn)處綿延而來，著重展示了位于正負(fù)極之間的水凝膠電解質(zhì)。畫面上方的冰水與下方的火焰分別對應(yīng)低溫、高溫的極端工作環(huán)境，呼應(yīng)了綜述的主題。

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鋅金屬電池

韓國延世大學(xué)（Yonsei University）Sang-Young Lee教授課題組制備出一種用于鋅離子電池的鋅負(fù)極保護(hù)層。這層材料含有機鋅鹽、硫醇烯類高分子骨架，以[BMP]⁺[TFSI]^–離子液體為介質(zhì)。使用時，將這種離子液體涂布在鋅負(fù)極上，然后經(jīng)紫外線照射交聯(lián)，在鋅表面均勻覆蓋一層厚度約500 nm的保護(hù)膜。該膜能阻擋水與鋅接觸，減少鋅負(fù)極的腐蝕；同時能傳導(dǎo)Zn²⁺，確保電池正常運行。

這種Zn負(fù)極與MnO₂正極組成的水系鋅金屬電池在充放電600次后的電容量保持率高達(dá)95.7%。

插入水中兩片鋅電極表現(xiàn)出不同的行為：左側(cè)無保護(hù)鋅負(fù)極表面覆蓋有不規(guī)則片狀物，為鋅與水接觸后生成的鈍化層Zn(OH)₂。右側(cè)被保護(hù)的鋅負(fù)極表面規(guī)整，水分子被彈開，表明保護(hù)層能隔絕鋅與水分子接觸，從而提升鋅負(fù)極的結(jié)構(gòu)、功能的穩(wěn)定性。

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