于立岩/董立峰团队AFM:光辅助充电锂离子电池新进展

近日，青岛科技大学材料学院于立岩教授和董立峰教授团队在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区TOP，IF=18.5）发表了一篇题为“Enhancing Lithium-Ion Battery Performance with Photoactive LiFePO₄/CsPbBr₃Quantum Dots Composite Cathodes”的研究论文。博士生崔璨为该论文的第一作者，于立岩教授、董立峰教授、逄贝莉副教授以及深圳研一新材料有限责任公司的尚明伟博士为通讯作者，青岛科技大学为该研究的第一完成单位。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202414305

锂离子电池（LIB）因其体积小、重量轻、高比能量及长循环寿命而在电化学储能领域备受关注。为了缓解太阳能利用的间歇性问题，将光电极整合至锂离子电池中，可实现白天储能、夜晚释能，从而保障持续供电。光辅助锂离子电池在降低充电电压和提高容量方面具有显著优势，展现出巨大的“绿色充电”潜力。这研究设计并制备了一种新型复合材料，将CsPbBr₃量子点嵌入LiFePO₄颗粒中，形成LFP/CPB QDs复合材料。该材料不仅具备光电转换功能，还具备电荷存储功能。

LFP/CPB QDs复合材料的制备过程示意图

在光照条件下，LFP/CPB QDs复合材料的充放电容量显著提高，尤其在3 C倍率下，充电容量提升16.8%，放电容量提升16.4%。即使在4 C和5 C的高倍率下，光辅助容量增加率仍分别保持在11.6%/11.7%和8.8%/7.5%。更值得注意的是，在黑暗中充电、光照下放电的库伦效率高达115.2%。经过200次循环后，该复合材料在0.5 C倍率下的容量保持率达93.9%。

（a）开孔电池装置；LFP和LFP/CPB QDs在黑暗和光照条件下，（b）0.5 C倍率和（c）2C倍率的恒电流充放电曲线；（d）LFP/CPB QDs在0.5 C至5 C倍率下，黑暗和光照条件下的速率性能；（e）LFP/CPB QDs在充放电过程中的光辅助容量增加；（f）LFP/CPB QDs在黑暗和光照下的库伦效率

此外，光照X射线光电子能谱、循环伏安法及电化学阻抗谱的分析证实了光诱导电荷转移的存在。光照下，CPB QDs量子点将光生电子传递给LFP，促进了Fe³⁺向Fe²⁺的转变，从而增强了锂离子反应的动力学性能。此研究为开发光辅助电池电极材料提供了新思路。

LFP/CPB QDs在黑暗和光照条件下的XPS光谱分析：（a）Cs 3d，（b）Pb 4f，（c）Br 3d和（d）Fe 2p

该团队还在国际知名期刊《Ceramics International》（IF=5.1）发表了另一项研究，题为“Photo-assisted enhancement of lithium-ion battery performance with a LiFePO₄/TiO₂composite cathode”。该研究介绍了一种由TiO₂和LFP组成的复合阴极材料，展示了其光电转换和能量存储的双重功能。实验表明，该复合材料在0.5 C倍率下的充放电容量分别提升了6.6%和4.6%，证明了光照条件下Fe²⁺/Fe³⁺之间的价态转变得到促进。

以上研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。