近日,化學(xué)與生物工程學(xué)院劉博天團(tuán)隊(duì)在材料學(xué)科國(guó)際頂尖期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Solar Trap-Adsorption Photocathode for Highly Stable 2.4 V Dual-Ion Solid-State Iodine Batteries”的研究論文(Adv. Mater. 2025, e04492. doi.org/10.1002/adma.202504492)。我校為該論文第一完成單位,第一作者為化學(xué)與生物工程學(xué)院2020級(jí)研究生張雪瑩,導(dǎo)師劉博天副研究員為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣西科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
碘基電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)堿金屬電池具有成本低廉、資源豐富等優(yōu)勢(shì),是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的理想候選之一。然而,其實(shí)際性能受限于碘的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢以及多碘化物的穿梭效應(yīng),導(dǎo)致容量衰減嚴(yán)重、循環(huán)壽命不足。
針對(duì)上述挑戰(zhàn),劉博天老師團(tuán)隊(duì)首次將光輔助機(jī)制引入碘正極,成功實(shí)現(xiàn)了加速的碘轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué),顯著提升了碘離子的利用效率,并激活了四電子氧化還原反應(yīng)路徑。 在此基礎(chǔ)上,我們采用PTCDI作為負(fù)極,構(gòu)建了一種新型銨-碘雙離子電池。結(jié)果表明,該P(yáng)TCDI||I2電池在2.4 V放電電壓下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1.36 mAh cm-2的面容量,并在10 mA cm-2的高電流密度下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后容量保持率達(dá)80.9%。本工作為開(kāi)發(fā)高性能、可持續(xù)的碘基儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了一個(gè)新穎而有效的設(shè)計(jì)框架。
劉博天副研究員主要從事超級(jí)電容器、水系鋅離子電池、鋰/鈉/鉀離子電池電極材料的功能導(dǎo)向設(shè)計(jì)、可控合成、反應(yīng)調(diào)控以及構(gòu)/效關(guān)系機(jī)理等研究。發(fā)展了電極電子和離子輸運(yùn)能力的協(xié)同調(diào)控新方法,顯著提升了電極的有效比容量和器件能量密度,構(gòu)建和拓展了用于雙離子儲(chǔ)能體系的全新正極材料,相關(guān)成果被Nat Energy、Adv Sci、Adv Mater、Energy Environ Sci等權(quán)威期刊引用和推介。擔(dān)任Nat Commun, CRPSs等國(guó)際頂級(jí)期刊審稿人,主持國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、省部級(jí)科研項(xiàng)目2項(xiàng)、中國(guó)博士后科學(xué)基金2項(xiàng)。以第一作者或通訊作者在Nat Commun、Adv Mater、Adv Sci、Chem Eng J、Small、Adv Funct Mater、CRPS等高水平SCI論文30余篇。


圖為光輔助銨-碘雙離子電池及光輔助增強(qiáng)機(jī)制示意圖
(一審:劉博天;二審:馬文碩;三審:何方)