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我组在Nano-Micro Letters发表综述:多电子转移锌基电池面向下一代自供能技术

近日,我组发表了光电储一体电池与锌基电池方向的综述文章,系统概括了多电子转移锌基电池的氧化还原机制及其面向光充锌基电池(PRZBBs)的器件集成策略。

随着物联网网络和可穿戴电子的快速发展,自供能能源系统需求日益迫切。光充锌基电池可原位收集和存储太阳能,具有高理论容量、资源丰富、环境友好和水系电解液安全等优势。然而,现有文献多将水系锌电池的基础电化学研究与太阳能集成器件的宏观工程割裂开来,缺乏直接连接多电子氧化还原机制与器件动态架构需求的统一框架。针对这一关键空白,本综述以多电子转移为主线,系统梳理了锰基氧化物、钒基氧化物、普鲁士蓝类似物、有机材料、卤素和硫等正极体系的多电子反应机制、储能行为与光充性能。

本综述建立了直接连接多电子氧化还原机制与PRZBBs动态器件需求的统一分析框架,解耦了多步反应动力学、不同电压平台和主导载流子对太阳能电池耦合策略的影响,重点分析了最大功率点匹配和间歇充电适应性;同时批判性评估了穿梭效应、动力学限制、电压滞后等制约规模化集成的实际瓶颈。在此基础上,文章提出了面向商业化的短中长期路线图:短期聚焦稳定高活性中间体、抑制活性物质溶解与多卤化物穿梭,并采用N/P容量比、E/C比和放电深度等标准化全电池测试指标;中期发展先进原位表征(operando)和模块化、带最大功率点追踪(MPPT)的串联PRZBB架构;长期实现正极氧化还原电位与光伏最大功率点电压的本征热力学匹配、单片集成和卷对卷规模化制造。

本综述为将多电子锌化学转化为下一代商业可行的自供能技术提供了系统性的材料设计与器件集成路线图。相关研究成果以“Multi-Electron Transfer in Zinc-Based Batteries: Unraveling Redox Mechanisms Toward Next-Generation Self-Powered Technologies”为题,于近日发表在《Nano-Micro Letters》上。本论文第一作者为我组博士生周超、中国核能电力股份有限公司周家驹和我组联培博士生郭晓军。上述工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、知识创新工程计划、大连市优秀青年科技人才项目、山西省基础研究计划、内蒙古自治区科技项目、中央引导地方科技发展资金以及榆林大学与大连洁净能源国家实验室合作基金等项目的资助。(文/图郭晓军)