朱宗龍&曾曉成Nat. Commun.：PCE26.11%！雙功能共享調(diào)控策略，使高效全鈣鈦礦光伏電池用于便攜式電子設(shè)備

主要內(nèi)容

在當(dāng)今便攜式電子設(shè)備高度普及的時(shí)代，為其提供可持續(xù)、穩(wěn)定的能源供應(yīng)成為推動(dòng)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。光伏供電電池作為一種**前景的一體化解決方案，為解決這一問(wèn)題帶來(lái)了新的希望。然而，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在集成度、小型化以及柔性方面面臨諸多挑戰(zhàn)。

香港城市大學(xué)朱宗龍教授、曾曉成教授、支春義教授、徐吉健教授和李楠教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，針對(duì)這些挑戰(zhàn)，采用了一種兼具雙重功能且材料共享的創(chuàng)新策略，利用碘化乙基紫精（ethyl viologen diiodide，文中后續(xù)簡(jiǎn)稱 EVI?）來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏供電電池性能的協(xié)同提升。

首先，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池改性方面取得了顯著成果。經(jīng)碘化乙基紫精改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率高達(dá)26.11%。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)1000小時(shí)的連續(xù)使用測(cè)試，其性能仍能保持初始值的96.2%，展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。這里所采用的碘化乙基紫精，是一種具有特殊電子結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，它能夠與鈣鈦礦材料發(fā)生相互作用，優(yōu)化電池內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而提高電池效率并增強(qiáng)穩(wěn)定性。

不僅如此，團(tuán)隊(duì)還利用碘化乙基紫精開(kāi)發(fā)出了高性能的類鈣鈦礦陰極材料。采用該陰極的電池在電化學(xué)性能方面表現(xiàn)**，在0.5 A g?1的電流密度下，比容量達(dá)到296.1 mAh g?1；即使在5 A g?1的高電流密度下循環(huán)10000次后，容量保持率仍高達(dá)89%。這一成果得益于碘化乙基紫精衍生得到的 EVSn?I?陰極材料獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子傳輸特性，使其能夠?qū)崿F(xiàn)超長(zhǎng)的高倍率循環(huán)穩(wěn)定性。

在本研究中，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步深入探索，通過(guò)采用碘化乙基紫精（EVI?）展示了一種有效的材料共享策略，對(duì)光伏電池（PVB）器件的性能進(jìn)行雙功能調(diào)控，在高效穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。具體而言，經(jīng) EVI?改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）在連續(xù)模擬1個(gè)太陽(yáng)光照強(qiáng)度（ISOS - L - 1）下運(yùn)行測(cè)試1000小時(shí)后，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）仍高達(dá)26.11%，性能維持率達(dá)96.2%。同時(shí)，由 EVI?衍生得到的 EVSn?I?陰極材料憑借出色的 EV?/EV?/EV2?與 I?/I?/I?多電子氧化還原反應(yīng)特性，在電池中以5 A g?1的電流密度放電時(shí)，比容量可達(dá)223.1 mAh g?1，經(jīng)10000次循環(huán)后容量保持率為89%（即每循環(huán)容量衰減率為0.0011%）。

基于上述研究成果，團(tuán)隊(duì)成功制成了全鈣鈦礦基一體化器件。該器件整體光電轉(zhuǎn)換效率為18.54%，其柔性版本效率達(dá)17.62%，且在100次光充電/放電循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能。柔性 PVB 器件的出色表現(xiàn)，得益于其獨(dú)特的材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其在具備高能量轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，還能保持良好的柔韌性和循環(huán)穩(wěn)定性。

尤為值得一提的是，這些柔性器件在智能控制模式下展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。它們可為可穿戴式血糖監(jiān)測(cè)儀持續(xù)穩(wěn)定供電24小時(shí)，充分彰顯了其在下一代便攜式電子設(shè)備應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)該器件與智能控制單元集成后，能夠?yàn)檫B續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠地提供不間斷電力，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與無(wú)縫數(shù)據(jù)傳輸。

這些成果標(biāo)志著利用 PVB 器件作為個(gè)性化便攜式電子設(shè)備可持續(xù)、自給自足能源的高效可靠供電方案取得了重大進(jìn)展，為未來(lái)便攜式電子設(shè)備的能源供應(yīng)提供了新的思路和方向。

文獻(xiàn)信息

Highly efficient all-perovskite photovoltaic-powered battery with dual-function viologen for portable electronics

Jie Gong, Danpeng Gao, Hang Zhang, Xiongyi Liang, Bo Li, Qi Liu, Liangchen Qian, Xintong Li, Xin Wu, Chunlei Zhang, Zexin Yu, Francesco Vanin, Xiao Cheng Zeng, Nan Li, Jijian Xu, Chunyi Zhi & Zonglong Zhu

https://www.nature.com/articles/s41467-025-63272-x

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