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[材料资讯] 黄富强课题组在柔性透明储能器件研究方面取得重要进展

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发表于 2021-1-28 17:20:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着电子产品向可穿戴、移动化、超轻薄、透明、微型化发展,轻便、柔性甚至全透明的储能器件在未来便携式设备中具有广阔的应用前景。然而,在柔性透明储能器件中,透光率和能量密度相互影响,提升单一性能往往导致另一性能的大幅下降,同时还需提高储能器件的容量,这些都带来了极大的挑战。

柔性透明储能器件

柔性透明储能器件
间隙硼掺杂介孔半导体氧化物的形貌(a, MTB),掺杂浓度调控(b)以及透明电极性能(c,d)。MTB: 介孔SnO2-xBy; MZB: 介孔ZnO1-xBy; MIB: 介孔In2O3-xBy
  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员团队(先进材料与新能源应用课题组)通过合理的晶体掺杂设计,成功制备了一系列间隙硼掺杂的介孔半导体氧化物SnO2-xBy,ZnO1-xBy以及In2O3-xBy。在这一类新型的透明半导体氧化物中,间隙硼原子不仅能够大幅度提升掺杂材料的载流子浓度,为OH-的嵌入提供丰富的结合位点,还在间隙掺杂位上引发与OH-的赝电容电化学反应,从而将赝电容惰性的SnO2、ZnO和In2O3转化为高电化学活性的超级电容器电极材料。通过控制间隙硼掺杂的浓度,这一类介孔透明半导体氧化物的体积比容量可以达到1172 mF cm-3, 实现与其它非透明金属氧化物的赝电容性能相近。这种新型透明半导体材料与聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)导电聚合物均匀共混后,通过气溶胶喷涂技术涂敷在透明聚对苯二甲酸(PET)基底上制作电极。基于这种电极构建的透明柔性超级电容器,在15000次循环后容量保持率接近100%,其面积能量密度和器件透光率可达1.36 × 10-3mWh cm-2和 85%,综合性能优于目前报道的所有透明储能器件。该研究为设计合成具有优异电化学活性的透明半导体氧化物提供了全新的研究思路。研究结果以“Interstitial boron-doped mesoporous semiconductor oxides for ultratransparent energy storage” 为题发表于Nature Communication 杂志。
  该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
  文章链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20352-4


       文章来源:上海硅酸盐所
       黄富强,上海硅酸盐所研究员,人社部百千万人才工程专家,国家杰出青年基金获得者、科技部重点领域创新团队负责人、国家重点研发计划首席科学家,中科院百人计划引进回国。围绕新能源材料的基础前沿及产业应用研究,取得的系列创新成果包括:1)发现了复杂晶体结构中原子基团的相似相聚特性,提出了多物理量协同的结构功能区新概念和堆积因子理论模型,发现了若干性能优异的新能源材料;2)提出了多尺度结构和性能的设计理论,发明了独特结构的类石墨烯和氮掺杂介孔少层碳,突破碳基双电层储能极限;3)发展出铜铟镓硒太阳能电池的低成本非真空新制备,完成兆瓦级中试,成功进行了示范电站的建立和运行。新型光电材料与器件的结构调控与性能优化项目,获上海市自然科学一等奖(2016年)、国家自然科学二等奖(2017年)。发表Science、Nature Mater.等在内的论文300余篇,他引13000余次,30余篇ESI高被引论文,入选2015、2016、2017年高被引学者。授权专利86项,其中13项专利许可费达1000万元。

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