柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池关键电极材料研究进展

柔性太阳能电池具有轻便、可弯曲的优点,可用于可穿戴设备等器件的即时充电,具有广阔的应用前景,受到持续广泛的关注。柔性太阳能电池制备中的关键在于基材以及与之相关的电极材料的制备。本文综述了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池近几年的发展情况,着重介绍了柔性染料敏化太阳能电池光阳极、对电极以及柔性钙钛矿太阳能电池的底电极和电子传输层。结果发现高温烧结目前仍是制备高效染料敏化太阳能电池光阳极不可避免的方法,而对电极则不受这一限制并且已经有多种材料的效率超过了高温烧结的铂。柔性钙钛矿太阳能电池的研究重点是用其他材料代替底电极中柔性较差的ITO以及高温烧结的电子传输材料TiO2,并且都取得显著成效。在此基础上,展望了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池未来的发展方向。

Ca掺杂Sr2Fe1.5Mo0.5O6–δ材料的合成与作为对称固体氧化物燃料电池电极催化剂的性能研究（英文）

对称固体氧化物燃料电池由于生产过程简单、成本低,受到了研究者的广泛关注。然而较低的电极催化性能制约了其进一步的发展。本研究利用溶胶–凝胶法合成了一系列钙取代Sr2Fe1.5Mo0.5O6的钙钛矿材料(Sr2–xCaxFe1.5Mo0.5O6–δ, x=0, 0.2, 0.4, 0.6),并研究了其作为对称固体氧化物燃料电池电极催化剂的性能。X射线衍射(XRD)测试表明所有样品在空气与氢气气氛中均能保持立方钙钛矿结构。而在程序升温还原(TPR)过程中, Ca^2+的掺入能有效降低还原温度,提升其对析氧反应的催化活性。对称阳极电池在氢气气氛中的测试表明,当Ca^2+的掺入量为0.6时电池极化阻抗最小。利用流延骨架与湿化学浸渍法制备了单电池SC(0.6FMO|La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)|SC0.6FMO。以氢气作为燃料时,单电池在800与650℃的最大功率密度分别为1.05与0.41W·cm^–2。以上结果表明Sr2–xCaxFe1.5Mo0.5O6–δ可以作为高效对称燃料电池的电极催化剂。

基于固态电解质膜的软包电池制备与初步表征

固态电池安全性高、可适应高比能正负极,是蓄电池发展的方向,但存在固相界面阻抗大、界面结构稳定性差等问题。为了快速评估固态电池技术在实用型蓄电池中的作用,本文采用流延法制备了在50℃下离子电导率为6.16×10^(-4)S/cm的固态电解质膜。以高镍三元为正极、石墨为负极,制备了质量为1.1214 g、容量为53.44 mAh的微型软包电池和容量为7252.8 mAh的大容量软包电池。微型软包电池实现了5 C高倍率的放电和150次循环,大容量软包电池在放电深度(DOD)为13.78%时,实现了439次循环充放电。以上结果说明固态电解质膜满足在锂离子电池中使用的要求,然而这些电池的界面构筑仍有不足之处。基于本文结果,通过对固态电解质膜材料、电池化成制度等进行改进,有望促进高性能电池的研发。

PEDOT基对电极染料敏化太阳能电池研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)是新型太阳能电池的研究热点之一,其优异的弱光发电性能被不断探索,同时透明及柔性DSSC在可穿戴设备上的应用也与日俱增。DSSC的循环依靠对电极的作用才能及时高效地完成,因此对电极材料的选择尤为关键。近几年研究者们对对电极材料的研究不断深入,其中可作为DSSC对电极材料使用的高分子导电聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)因其高导电性、对电解质的催化能力、透明性和柔性等特点受到广泛关注。以含PEDOT或掺杂PEDOT对电极的DSSC为对象,阐述了PEDOT对电极的制备方法,并总结了近几年PEDOT作为DSSC对电极的研究进展。在此基础上,提出未来在电池效率突破研究中应以原位聚合法制备PEDOT对电极为主,以及在大规模工业化生产中应以物理涂覆法为主的观点,为PEDOT对电极DSSC的研究提供依据。

固体氧化物燃料电池LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ阳极性能研究

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ(LaxSFNM,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)钙钛矿陶瓷材料,并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原LaxSFNM样品,发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒,并且偏析纳米颗粒的密度随着La^3+掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中,随着La^3+掺杂量的增加,阳极极化阻抗逐渐降低,掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La0.3SFNM对称电池在750℃下极化阻抗仅为0.16W·cm^2,进一步增加掺杂量时,La0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17W·cm^2。La0.3SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与LaxSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以LaxSFNM为阳极、SmBa0.5Sr0.5Co2O6为阴极、LSGM为电解质的单电池,使用氢气作为燃料时,La^3+掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度,在750、650和550℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52W·cm^-2。上述结果表明,La0.3Sr1.55Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。

钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展

近年来,钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了爆发式增长,这与电池中钙钛矿薄膜的制备工艺和材料组分密切相关.关于钙钛矿薄膜的制备方法,相关的研究报道及综述较多,然而钙钛矿材料组分调控方面的研究梳理工作相对缺乏.本综述总结了近年来不同组分体系钙钛矿材料的研究进展,包括有机无机铅卤钙钛矿、全无机铅卤钙钛矿、少铅钙钛矿以及无铅钙钛矿.重点介绍了不同体系中具有代表性的材料组分及其对器件性能的影响,旨在梳理通过组分调控提高钙钛矿电池的效率及稳定性的研究思路,最终实现商业化应用.

固体氧化物燃料电池(SOFC)合金连接体耐高温氧化导电防护涂层

降低固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度,可使用高电导、高热导、高强度的合金作为连接体。其中含Cr的铁素体不锈钢合金,具有与SOFC其他部件材料匹配的热膨胀系数,此外还有易于加工及成本低廉等优点,成为中低温板式SOFC连接体材料应用与研究的重点。但这类合金表面高温氧化所带来的界面电阻变化,及Cr挥发进而在阴极沉积所带来的诸多问题,成为影响板式SOFC长期稳定的关键因素,因此必须进行有效的表面处理。从SOFC合金连接体引起的电堆性能衰减机理出发,阐明了降低或防止阴极Cr中毒的几类方法,论述了合金连接体涂层的必要性。结合笔者开发设计的尖晶石粉末还原法在合金连接体表面制备纳米微结构Mn_(0.9)Y_(0.1)Co_2O_4(MYC)防护涂层方面的工作,综述了国内外SOFC合金连接体涂层材料及涂层制备方法的研究进展。对各类涂层材料及涂层制备方法优缺点进行比较的同时,重点介绍了电导率高、实用性较强的钙钛矿结构及尖晶石结构涂层材料。最后展望了合金连接体涂层的发展前景。

溶剂热法合成三维花瓣状石榴石型固态电解质及其在固态聚合物电解质中的应用

石榴石型固态电解质由于具有离子电导率高、对金属锂稳定、成本低等一系列优点而被认为是最具应用前景的固态电解质材料体系之一,针对石榴石型电解质及其复合电解质的研究快速发展,然而,石榴石型电解质的合成方法研究较少,特别是具有特征微观形态的石榴石型电解质的研究鲜有报道。本工作首次报道了溶剂热法合成三维花瓣状石榴石型固态电解质(Li_(6.25)Al_(0.25)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO),该合成方法主要涵盖两个步骤:第一步是镧-铝-锆甘油酸球的合成,第二步即是立方石榴石的成相。继而对比研究了三维花瓣状与纳米颗粒石榴石型电解质在聚氧化乙烯(PEO)固态聚合物电解质中的应用差异,结果表明,添加质量分数为10%的纳米颗粒LLZO的复合固态电解质的室温(25℃)离子电导率为1.45×10^(-5 )S/cm,与之对比,同样添加量的三维花瓣状LLZO的复合固态电解质的25℃离子电导率高达5.59×10^(-5) S/cm,说明了该新奇的三维花瓣状石榴石型电解质的优越性,为其在固态锂电池中的应用打下基础。

水溶液法原位构建ZnO亲锂层稳定锂-石榴石电解质界面

固态电池以其高安全性和高能量密度而备受关注。石榴石型固体电解质(LLZO)由于具有较高的离子导电性和对锂金属的稳定性,在固态电池中具有应用前景,但陶瓷与锂金属较差的界面接触会导致高的界面阻抗和可能形成的枝晶穿透。我们利用LLZO表层独特的H^(+)/Li^(+)交换反应,提出了一种简便有效的金属盐类水溶液诱发策略,在电解质表面原位构建ZnO亲锂层,界面处LiZn合金化实现紧密连续的接触。引入改性层后,界面阻抗可显著降低至约10Ω·cm^(2),对称电池能够在0.1mA·cm^(-2)的电流密度下实现长达1000h的长循环稳定性。匹配正极LiFePO_(4)(LFP)或LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)的准固态电池在室温下能够稳定循环100次以上。

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)基电极材料:制备、改性及在电子器件中的应用

聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）作为一种成膜性好、热稳定性高、电导率可调且廉价的透明导电高分子材料,在多种能量转换和储存器件中有着诱人的应用前景。然而,较低的电导率等因素制约了基于PEDOT组装的各类器件的实际性能。本文首先简述了PEDOT薄膜的基本性质、常用的化学与物理制备途径以及提高电导率的几种方式,随后综述了PEDOT以及PEDOT和其他物相构成的复合结构在包括太阳能电池、发光二极管、电致变色器件和超级电容器等器件中的应用的最新进展。其中,不仅阐述了PEDOT基材料在上述器件中所起的作用,还详细介绍了针对不同器件对PEDOT基材料的要求,研究人员提出的PEDOT基材料的设计思路,包括设计具有特定微观形貌的PEDOT薄膜、对PEDOT薄膜的电导率、功函数和透光度等进行调控以及将PEDOT和碳材料、金属纳米颗粒、金属氧化物等其他物相进行复合。最后指出了目前在PEDOT基电极材料的研究中面临的挑战,并对该材料的研究前景进行了展望。

PEDOT:PSS薄膜的丝网印刷、后处理改性及在染料敏化太阳能电池中的应用

运用丝网印刷的方式在导电玻璃基底表面涂覆了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT):聚苯乙烯磺酸盐混合物(PSS)薄膜,并采用稀H_2SO_4加甲醇混合溶液后处理的方式对其进行了改性.使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察处理前后薄膜的表面形貌及厚度的变化,对比了处理前后薄膜的电导率,并结合X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析探讨了导致电导率变化的原因.最后,将PEDOT:PSS薄膜作为对电极组装了染料敏化太阳能电池(DSSC),运用电化学阻抗谱(EIS)研究了对电极的催化性能,并测试了DSSC的光伏性能.结果显示,经过后处理改性后,由于PSS被部分去除,PEDOT:PSS薄膜的表面形貌发生了显著改变,厚度变薄,粗糙度升高,电导率提升至原始的3倍以上,对I_3~–还原的催化活性升高,且组装的DSSC的性能也有了显著提高,光电转换效率由5.12%提升至6.64%.