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何平/宋虎成/伊廷鋒AFM：光熱電池技術(shù)使室溫固態(tài)電池運(yùn)行成為可能！

聚環(huán)氧乙烷基聚合物全固態(tài)Li-S電池由于其高比能量、良好的加工性能和低成本，是一個(gè)很有前景的候選者。然而，較差的室溫離子電導(dǎo)率限制了其進(jìn)一步發(fā)展。

南京大學(xué)何平、宋虎成、東北大學(xué)伊廷鋒等提出了一種創(chuàng)新的光熱電池技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)PEO基聚合物全固態(tài)Li-S電池在室溫下的正常工作。

圖1. 3D Cu/Si-Cu納米線的合成和工作機(jī)理

該策略采用光熱材料在陽(yáng)光下的光捕獲效應(yīng)和載流子非輻射復(fù)合效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部加熱并滿足電池的室溫運(yùn)行。

具體而言，光熱材料是在Cu泡沫基底（3D Cu/Si-Cu）上均勻生長(zhǎng)的精心設(shè)計(jì)的Cu/Si納米結(jié)構(gòu)，其通過(guò)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法制備。3D Cu/Si-Cu然后在鋰負(fù)極和外封裝玻璃之間預(yù)加載。

光可以進(jìn)入并有效地產(chǎn)生熱量，然后熱量通過(guò)Cu芯快速傳遞到電池系統(tǒng)。一旦模擬陽(yáng)光照射，電池就實(shí)現(xiàn)了快速的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換。

圖2. 3D Cu/Si-Cu納米線電池的動(dòng)力學(xué)研究

因此，一方面，由于3D Cu/Si-Cu納米線的高效光捕獲和光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高溫和更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，因此電池可以在實(shí)際陽(yáng)光照射下可逆地充電和放電。

另一方面，3D多孔納米結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)沉積/剝離過(guò)程中鋰的致命體積變化，并降低有效電流密度，這可以進(jìn)一步抑制枝晶成核和生長(zhǎng)。

結(jié)果，該電池在實(shí)際陽(yáng)光照射下的室溫環(huán)境中可提供1065.2 mAh g^?1的高放電容量。

此外，可逆容量為1036.5 mAh g^?1在充電過(guò)程中也被實(shí)現(xiàn)。總體而言，這項(xiàng)工作為使用光熱技術(shù)開(kāi)發(fā)室溫聚合物全固態(tài)Li-S電池開(kāi)辟道路。

圖3. 3D Cu/Si-Cu納米線電池的電化學(xué)性能

Light-Driven Polymer-Based All-Solid-State Lithium-Sulfur Battery Operating at Room Temperature. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211074

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