中国科学技术大学化学系刘波

gmao800

集太阳能转换和存储于一体的新一代锂离子电池正在兴起，它可以解决太阳能利用的时空不匹配问题。光充电锂离子电池(PR-LIBs)是实现这一目标的理想装置，通过光辅助充电模式，将太阳能转化为电能并存储在锂离子电池中，以降低欧姆损耗实现对太阳能的高效利用。探索与之匹配的电极材料是PR-LIBs在容量、效率和循环稳定性等方面展现优异性能的关键，这类电极材料至少要满足以下两个要求:可逆的脱嵌锂和优异的光电响应。因此，探索能够储锂和协同捕获太阳能的双功能电极材料对推动新一代锂离子电池的发展至关重要。

        本文提出了用锂还原法制备富有氧缺陷的TiO2（D-TiO2）光阳极材料，其在全光谱下表现出优异的光响应性能。EPR, XANES和XPS结果表明D-TiO2中Ti3+和氧空位的存在能够促进光的吸收。在20 mA g-1的电流密度下施以光照，D-TiO2的比容量由暗态的230 mAh g-1增加到310 mAh g-1，接近TiO2的理论比容量(335 mAh g-1)。同时，XRD, XPS和EPR结果也证明了光照下更多的Ti4+向Ti3+转变。在1 A g-1的大电流密度下，其容量增加46.4%，光电转换效率高达4.4%。这一发现为突破TiO2的容量限制提供了思路，并突显了光充电锂离子电池在集成光电转换和能量存储领域的巨大潜力。
       作者简介：刘波，中国科学技术大学教授, 博士生导师, 入选中科院百人计划, 教育部高层次青年人才。主要从事功能性配合物材料及其在能源转换领域的相关研究。已在 J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater. 等国际学术期刊发表系列研究论文50余篇，共计引用5000余次，其中单篇最高引用>1500次。
        文章信息
         Wen Yan, Jie Wang, Qing Hu, Jingjing Fu, Mohamed K. Albolkany, Tian Zhang, Xiao Lu, Fei Ye, Bo Liu*. Approaching the theoretical capacity of TiO2 anode in a photo-rechargeable lithium-ion battery. Nano Research. DOI: https://doi.org/10.1007/s12274-023-6062-7.