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近日，青島科技大學(xué)材料學(xué)院于立巖教授和董立峰教授團(tuán)隊(duì)在國際頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一區(qū)TOP，IF=18.5）發(fā)表了一篇題為“Enhancing Lithium-Ion Battery Performance with Photoactive LiFePO₄/CsPbBr₃Quantum Dots Composite Cathodes”的研究論文。博士生崔璨為該論文的第一作者，于立巖教授、董立峰教授、逄貝莉副教授以及深圳研一新材料有限責(zé)任公司的尚明偉博士為通訊作者，青島科技大學(xué)為該研究的第一完成單位。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202414305

鋰離子電池（LIB）因其體積小、重量輕、高比能量及長(zhǎng)循環(huán)壽命而在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域備受關(guān)注。為了緩解太陽能利用的間歇性問題，將光電極整合至鋰離子電池中，可實(shí)現(xiàn)白天儲(chǔ)能、夜晚釋能，從而保障持續(xù)供電。光輔助鋰離子電池在降低充電電壓和提高容量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出巨大的“綠色充電”潛力。這研究設(shè)計(jì)并制備了一種新型復(fù)合材料，將CsPbBr₃量子點(diǎn)嵌入LiFePO₄顆粒中，形成LFP/CPB QDs復(fù)合材料。該材料不僅具備光電轉(zhuǎn)換功能，還具備電荷存儲(chǔ)功能。

LFP/CPB QDs復(fù)合材料的制備過程示意圖

在光照條件下，LFP/CPB QDs復(fù)合材料的充放電容量顯著提高，尤其在3 C倍率下，充電容量提升16.8%，放電容量提升16.4%。即使在4 C和5 C的高倍率下，光輔助容量增加率仍分別保持在11.6%/11.7%和8.8%/7.5%。更值得注意的是，在黑暗中充電、光照下放電的庫倫效率高達(dá)115.2%。經(jīng)過200次循環(huán)后，該復(fù)合材料在0.5 C倍率下的容量保持率達(dá)93.9%。

（a）開孔電池裝置；LFP和LFP/CPB QDs在黑暗和光照條件下，（b）0.5 C倍率和（c）2C倍率的恒電流充放電曲線；（d）LFP/CPB QDs在0.5 C至5 C倍率下，黑暗和光照條件下的速率性能；（e）LFP/CPB QDs在充放電過程中的光輔助容量增加；（f）LFP/CPB QDs在黑暗和光照下的庫倫效率

此外，光照X射線光電子能譜、循環(huán)伏安法及電化學(xué)阻抗譜的分析證實(shí)了光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移的存在。光照下，CPBQDs量子點(diǎn)將光生電子傳遞給LFP，促進(jìn)了Fe³⁺向Fe²⁺的轉(zhuǎn)變，從而增強(qiáng)了鋰離子反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能。此研究為開發(fā)光輔助電池電極材料提供了新思路。

LFP/CPB QDs在黑暗和光照條件下的XPS光譜分析：（a）Cs 3d，（b）Pb 4f，（c）Br 3d和（d）Fe 2p

該團(tuán)隊(duì)還在國際知名期刊《Ceramics International》（IF=5.1）發(fā)表了另一項(xiàng)研究，題為“Photo-assisted enhancement of lithium-ion battery performance with a LiFePO₄/TiO₂composite cathode”。該研究介紹了一種由TiO₂和LFP組成的復(fù)合陰極材料，展示了其光電轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)的雙重功能。實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合材料在0.5 C倍率下的充放電容量分別提升了6.6%和4.6%，證明了光照條件下Fe²⁺/Fe³⁺之間的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變得到促進(jìn)。

以上研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。