浅谈锂离子电池、燃料电池和太阳能电池

在低温质子交换膜(PEM)燃料电池商业化的道路上，燃料电池的持久性和成本是两个主要挑战，其中降低膜电极组件(MEA)中的贵金属含量能够直接提高电池的成本效益，但也会影响电池的性能和长期稳定性。在工作过程中，由于负荷循环铂催化剂的电化学活性表面积(ECSA)会损失，负载循环引起电极电位的变化会导致铂的溶解和粒子的长大，也因此降低了燃料电池的性能。在氢/空气气氛下进行电压循环的过程中膜电极组件会发生分解，本工作用各种电化学表征技术测量了组件分解对燃料电池性能的影响。在低电流密度下电化学活性表面积的损失与动态电压损失相关；在高电流密度下与氧迁移限制的损耗有关，并且研究发现氧的传输电阻与归一化的表面积成反比。该工作进一步用电子显微镜观察了由于电压循环引起的催化剂层结构和性质的变化，提出了一种用透射电镜计算衰减样品铂含量变化的新方法。

2.通过超薄等离子体聚合物的包覆用于提升钙钛矿型太阳电池的防潮抗湿能力

 

杂化有机−无机金属卤化物钙钛矿太阳电池的功率转换效率和长期稳定性是处于折衷地位的，同样地这也是其应用于户外光伏和成功商业化的必要条件。本工作提出了一种利用超薄等离子体聚合物封装钙钛矿太阳电池用以提高其在暴露水中和潮湿条件下稳定性的方法，并在室温下通过远程等离子体真空沉积金刚烷粉进行了聚合物的沉积。这种封装方法不影响被测器件的光伏性能而且能与任何化学成分和器件结构都兼容。在相对湿度(RH)为35−60%的环境条件下放置30天后，封装的钙钛矿薄膜的吸光度几乎保持不变；当空气非常潮湿时(RH>85%)，封装器件光伏性能的快速衰减也明显滞后；其中更重要的是，封装的太阳能器件浸泡在液态水中时，器件光伏性能的下降也明显滞后，光伏性能至少在前60秒内没有受到影响。而且本工作已经有可能测量在水中运行的封装器件的功率转换效率，该方法也为开发稳定的光伏和光催化钙钛矿器件开辟了一条新的方向。

3. Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3纳米粒子作为锂离子电池的双电极材料

 

磷酸铁基材料作为锂离子和钠离子电池的正极材料已经得到了广泛的研究，目前作为负极材料的应用也越来越受到人们的关注，虽然它们主要是由固相法合成但是各种合成技术的探索表明，湿化学法制备的粉体形貌较小，粒度较小。其中纳米粒子在催化剂、医药、化学传感器、能量转换、储能系统等许多领域得到了广泛的应用，通过简单的优化合成条件可以得到性能优良的纳米材料，减小颗粒尺寸是提高纳米材料性能的主要策略之一，纳米粒子由于其高比表面积在提高电化学性能方面有独特的作用，因此也可应用于储能材料的。本工作采用溶剂热法制备了一种用于锂离子电池的新型电极材料——Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3纳米颗粒，该材料的主要优点是其具有双电化学性能(正负电极)且电化学性能高，原料资源丰富，成本低，环境相容性好，热稳定性好，安全性高，理论比容量较高。通过表征和测试得到了结构式□0.75 Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3，表明材料结构中有大量的Na空位，从而提高的了Li离子的扩散能力。Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3同时作为负极和正极材料表现出优异的电化学性能，在0.03-3.5 V的电压范围内，首次放电的电流密度为40 mA/g时比容量可达1186 mAh/g，几乎是理论容量(428 mAh/g)的3倍；当电流密度为50 mA/g时，循环测试350圈可逆电容为550 mAh/g。作为正极材料时，在1.5~4.5 V的范围内比电容可达145 mAh/g和99 mAh/g（电流密度分别为5 mA/g和50 mA/g）。另外，本工作证实通过溶剂热法合成有助于合成小颗粒电极材料，从而有利于获得更优异的电化学性能。