Nano Letters：光辅助的可充电锂电池：可同时收集和储存能量的有机分子

Nanoyu

2021-01-09

光充电将减少电力输入能量需求，并为可自主充电的锂离子电池发展铺平了道路。光充电可以通过加入光活性电极来实现，该电极可以在光下产生电子−空穴对。这些光生电子和空穴可以还原和氧化相应的电极材料，从而促进化学能量的储存。

近日，美国莱斯大学Palash Bharadwaj，Ganguli Babu，Pulickel M. Ajayan，韦恩州立大学Leela Mohana Reddy Arava，纽约市立学院George John报道了一种使用天然有机分子（tetrakislawsone (TKL)）作为光活性和锂存储电极材料的光充电锂电池。

文章要点

1）LiTKL电极能够吸收光线，产生成对的电子和空穴。空穴可以将LiTKL氧化成TKL，而产生的电子则从TKL正极流向锂金属负极。

2）研究发现，使用同时具有存储和收集功能的单一材料可以消除捕光材料和电荷存储材料界面上发生的低效电荷转移。此外，通过使用具有高结晶性的指甲花醌四聚体来促进光充电效应。而TKL的长程有序（与指甲花醌相比）可以促进材料内部载流子的离域，从而导致电荷效应的增加。

3）实验结果显示，在电化学操作过程中，与无光相比，光照射下的充电电流、比容量和库仑效率都有所提高，这表明醌基有机电极既是一种光活性材料，也是一种锂存储材料。

通过仔细选择具有最佳带隙的电极材料，以吸收预期频率的太阳光，并利用官能团可逆地吸收锂离子，是这种光充电锂电池发展的关键。

参考文献

Keiko Kato, et al, Light-Assisted Rechargeable Lithium Batteries: Organic Molecules for Simultaneous Energy Harvesting and Storage, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03311

https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03311