“空氣發電”實現光能在電池中的轉化和存儲
作者： 2021年05月06日 來源： 瀏覽量：
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入空氣中的氧氣，經過簡單的化學反應，就可以實現放電；充電時，放電產物通過可逆反應被分解，又重新釋放出氧氣。鋰—氧氣電池正在讓“空氣發電”的奇思妙想走進
“吸”入空氣中的氧氣，經過簡單的化學反應，就可以實現放電；充電時，放電產物通過可逆反應被分解，又重新釋放出氧氣。鋰—氧氣電池正在讓“空氣發電”的奇思妙想走進現實。
南開大學化學學院李福軍研究員團隊研究獲得一種具有表面等離激元增強效應的新型半導體催化劑，將可見光引入鋰—氧氣電池中，顯著提升了正極反應動力學，有效降低了電池充/放電過程的極化，開辟了構筑高效金屬—空氣電池的新思路。
據介紹，“空氣發電”被認為是發展前景的下一代電池體系，但其正極遲滯的反應動力學導致的充放電過程極化大、能量效率低等問題極大地制約了鋰—氧氣電池發展和應用的腳步。
光激發半導體產生的光電子和空穴可極大提升電化學反應動力學。采用能帶結構合適的半導體材料，將光引入鋰—氧氣電池中，可顯著提升正極反應動力學，降低充/放電過電壓。
半導體指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明、大功率電源轉換等領域都有應用，如二極管就是采用半導體制作的器件。
無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產品，如計算機或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯。
常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導體材料應用中最具有影響力的一種。
目前采用的半導體光吸收主要集中在紫外光區，僅占太陽光譜的4%。金納米顆粒的等離激元增強效應可大幅提升可見光的吸收，提升氧氣還原反應動力學，促進放電產物過氧化鋰的生成；充電時，空穴在外加電壓驅動下高效氧化過氧化鋰，釋放氧氣。
改進后的鋰—氧氣電池的放電電壓提高，意味著在放電過程中，鋰—氧氣電池也可以將部分光能被轉化成電能輸出；充電時，光能被轉化成化學能存儲在鋰—氧氣電池中，使充電電壓下降，電池的充/放電電壓差減小，同時也獲得了優異的電池倍率性能和循環穩定性。這項新的突破將能直接將光能在電池中實現轉化和存儲，將為太陽能發電和存儲提供新策略。
資料來源：科技日報、百科
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