华东理工江浩AM：新纪录！光充电锂离子电池，100次循环后无容量损失！

通过光照射为锂离子电池 (LIB) 供电将带来储能技术的范式转变，与光响应材料耦合的SnO₂负极是有前途的策略，并且非常需要进一步将其能量密度提高到理论值。其技术关键是在原子尺度上合理地耦合这两种材料，以优化太阳能向电力的转换，但仍然是一个很大的挑战。

在此，华东理工大学江浩教授等人开发了一种采用SnO₂/TiO₂异质结纳米阵列作为多功能负极的光加速可充电LIB。LixTiO₂ (x≥0) 在光照射下产生的电子-空穴对协同增强了SnO₂和TiO₂的锂化动力学和电化学可逆性。

具体而言，由于导带电位（相对于TiO₂）更高，电子可以快速注入SnO₂和生成的Sn，同时空穴还通过达到电荷平衡促进Li⁺嵌入TiO₂。作者通过DFT理论计算以及在实验上通过原位技术及其脱锂机制分析进一步验证了这一事实。

图1. SnO₂ /TiO₂异质结构的设计和光辅助电化学反应增强机制

因此，这种交互作用导致LIB面积比容量在5 mA cm^-2时从1.91显著增加到3.47 mAh cm^-2，可以通过打开或关闭氙灯自由切换。更令人印象深刻的是，由于强大而稳定的光响应电流，即使在连续光照下100次循环也没有容量损失。

根据瞬态光电流评估，该结果是迄今为止最好的光可充电LIB性能报告，这主要是由于 SnO₂/TiO₂异质结纳米阵列的强而稳定的光响应电流。这项发现为通过太阳能的转换和存储打破电池容量限制开辟了一条新途径。

图2. SnO₂/TiO₂电极的光响应能力

Light-Motivated SnO₂/TiO₂ Heterojunctions Enabling the Breakthrough in Energy Density for Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202103558

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