研究背景
作為一種清潔、永續的替代能源,太陽能有望在人類未來的能源版圖中發揮不可或缺的作用。然而,由於太陽能本身嚴重的間斷性和不穩定性,造成了以此產生的電力很難和人們的實際需求相匹配。而發展高性能的光伏/儲能一體化器件就能够很好地解决上述問題。在這類能源系統中,太陽能電池負責吸收入射光,並將其轉化為光電流(即電能)。而電化學存儲模塊(即二次電池或超級電容器)則以電化學能的形式將電能存儲起來,並在後續的放電過程中將電化學能再次轉化為電能,為其他用電器提供電力。從而有效地實現了太陽能的吸收-存儲-釋放-利用,為克服太陽能的缺點,實現其大規模應用提供了一條切實可行的途徑。除此之外,光伏/儲能一體化器件的小型化發展還將在可穿戴智慧電子設備、“物聯網”等領域發揮重要作用。
論文概要
近期,天津師範大學的王立群博士,聯合天津大學梁驥講授、中科院金屬研究所聞雷副研究員對光伏/儲能一體化器件進行了系統總結。該文中,作者在對相關背景、基本原理進行充分闡述的基礎上,對光充電的二次電池和超級電容器進行了系統的分類和深入的介紹,並重點討論了其中的關鍵資料性問題,特別強調了碳基功能材料在這類先進器件中的重要作用。最後,作者結合自身研究工作對該領域的發展趨勢進行了展望,並對現存問題提出了一些可行的解決方法。該工作得到了澳大利亞臥龍崗大學竇士學院士的大力指導。
該論文以“Photo-rechargeable batteries and supercapacitors: Critical roles of carbon-based functional materials”為題發表於Carbon Energy(DOI: 10.1002/cey2.105)。
論文內容
按照光電轉化管道的不同,光充電的二次電池和超級電容器可以分為光伏集成器件(Photovoltaic integrateddevices)和光電化學集成器件(Photoelectrochemical integrated devices)兩大類。在前者中,光電轉化單元為矽基太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池等光伏器件(光電轉化過程不涉及氧化還原反應)。而在後者中,染料敏化太陽電池、半導體光電極等常被用作光電轉化單元(光電轉化過程涉及一些氧化還原反應)。本論文詳細介紹了這兩大類光伏/儲能一體化器件的最新進展,重點討論了涉及其中的關鍵資料性問題,如:碳功能資料的應用。此外,作者還結合自身研究工作就該領域所面臨的挑戰進行了深入的探討,並對其未來發展提出了一些可行的解決方案,如圖1所示。
圖1光伏/儲能一體化器件的關鍵問題和發展趨勢
綜上所述,本工作通過對光伏/儲能一體化器件的最新進展進行了系統總結,有效加深了人們對該領域的認識,為開發具有高性能的光充電二次電池和超級電容器提供了有效的選材設計手段和理論指導。
引用論文
Wang,L,Wen,L,Tong,Y,et al. Photo-rechargeable batteries and supercapacitors: Critical roles of carbon-based functional materials.Carbon Energy.2021;3: 225-252.https://doi.org/10.1002/cey2.105[Physical Sciences]
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