“空气发电”实现光能在电池中的转化和存储
- 2021/5/6 10:50:30 22906
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表产业】“吸”入空气中的氧气，经过简单的化学反应，就可以实现放电；充电时，放电产物通过可逆反应被分解，又重新释放出氧气。锂—氧气电池正在让“空气发电”的奇思妙想走进现实。
南开大学化学学院李福军研究员团队研究获得一种具有表面等离激元增强效应的新型半导体催化剂，将可见光引入锂—氧气电池中，显著提升了正极反应动力学，有效降低了电池充/放电过程的极化，开辟了构筑高效金属—空气电池的新思路。
据介绍，“空气发电”被认为是发展前景的下一代电池体系，但其正极迟滞的反应动力学导致的充放电过程极化大、能量效率低等问题极大地制约了锂—氧气电池发展和应用的脚步。
光激发半导体产生的光电子和空穴可极大提升电化学反应动力学。采用能带结构合适的半导体材料，将光引入锂—氧气电池中，可显著提升正极反应动力学，降低充/放电过电压。
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品，如计算机或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。
目前采用的半导体光吸收主要集中在紫外光区，仅占太阳光谱的4%。金纳米颗粒的等离激元增强效应可大幅提升可见光的吸收，提升氧气还原反应动力学，促进放电产物过氧化锂的生成；充电时，空穴在外加电压驱动下高效氧化过氧化锂，释放氧气。
改进后的锂—氧气电池的放电电压提高，意味着在放电过程中，锂—氧气电池也可以将部分光能被转化成电能输出；充电时，光能被转化成化学能存储在锂—氧气电池中，使充电电压下降，电池的充/放电电压差减小，同时也获得了优异的电池倍率性能和循环稳定性。这项新的突破将能直接将光能在电池中实现转化和存储，将为太阳能发电和存储提供新策略。
资料来源：科技日报、百科
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