南开高学平Nature子刊：水系锌电+钙钛矿太阳能电池耦合实现高效低成本储能！

v-suan • 2023年10月15日下午8:05 • 顶刊解读 • 阅读 25

通过将太阳能电池与二次电池（如锂离子电池（LIBs）、锂硫电池（LSBs）或其他二次电池）结合组成的太阳能充电电池（SRB）系统可以实现高效的光充电模式和高比能量，但它们的功率性能较差。

在此，南开大学高学平教授等人提出了一种具有高能量、高功率、高效率、高安全性和低成本（4H1L）特性的太阳能可充电锌电池（SRZB），该电池装置由能够收集太阳能（并将其转化为电能）的集成碳基钙钛矿太阳能电池模块和可充电的水系锌金属电池组成。

其中，电化学储能电池采用异质结构Co₂P-CoP-NiCoO₂纳米阵列和锌金属分别作为正极和负极，在32 A/g下循环25000次后，容量保持率约为78%。因此，锌电池单元满足高比能量、高比功率和稳定性要求。此外，具有成本效益的成分（KOH、Zn、水）和不易燃的水系电解液可实现本质上的低成本和安全性。

图1. 水系锌电池和钙钛矿太阳能电池的电化学性能

基于异质结构Co₂P-CoP-NiCoO₂纳米阵列作为夹层接头电极，采用水系锌电池单元和高效的无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池（C-PVK）模块制造SRZB。此外，基于锌电池单元和C-PVK模块之间的窄范围电压匹配机制，从而实现了SRZB的高整体效率。因此，该装置在32 A/g和2 A/g条件下的比功率为54 kW/kg，比能量为366 Wh/kg。

由于具有窄电压范围（1.40~1.90 V），该器件的效率约为6%，在200次光充电和放电循环中都保持了良好的稳定性（几乎无衰减）。由于使用具有成本效益的材料、安全的水性电解质和特殊的光充电模式，也满足了高安全性和低成本的需求。因此，集成的SRZB可以有效地实现4H1L目标，与传统的太阳能充电设备相比具有显著的优势。

图2. SRZB的长期循环性能和成本分析

Coupling aqueous zinc batteries and perovskite solar cells for simultaneous energy harvest, conversion and storage, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27791-7

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