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热电发电器件与应用技术:现状、挑战与展望 被引量:29
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作者 张骐昊 柏胜强 陈立东 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期279-293,共15页
热电发电技术在特种电源、绿色能源、环境能量收集与工业余热发电等领域具有重要的应用价值。近年来,热电材料zT值的纪录不断被刷新,为热电器件应用技术的发展奠定了坚实的基础。然而,目前热电应用技术远滞后于热电材料科学的发展,特别... 热电发电技术在特种电源、绿色能源、环境能量收集与工业余热发电等领域具有重要的应用价值。近年来,热电材料zT值的纪录不断被刷新,为热电器件应用技术的发展奠定了坚实的基础。然而,目前热电应用技术远滞后于热电材料科学的发展,特别是热电发电技术的大规模应用仍面临着技术瓶颈和挑战。本文介绍了热电器件设计与集成的基本原理及其关键科学与技术问题,着重总结了器件集成中的界面结构设计与优化、电极连接与器件一体化制备技术、器件服役性能与寿命评价等方面的最新研究进展。同时,分析和展望了热电发电技术规模化应用面临的挑战与发展策略。 展开更多
关键词 热电发电器件 设计与集成 界面优化 服役性能 失效机制 综述
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Heterostructured Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction Under Alkaline Conditions 被引量:17
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作者 Jumeng Wei Min Zhou +4 位作者 Anchun Long Yanming Xue Hanbin Liao Chao Wei Zhichuan J.Xu 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS 2018年第4期339-353,共15页
The hydrogen evolution reaction(HER) is a half-cell reaction in water electrolysis for producing hydrogen gas. In industrial water electrolysis, the HER is often conducted in alkaline media to achieve higher stability... The hydrogen evolution reaction(HER) is a half-cell reaction in water electrolysis for producing hydrogen gas. In industrial water electrolysis, the HER is often conducted in alkaline media to achieve higher stability of the electrode materials. However, the kinetics of the HER in alkaline medium is slow relative to that in acid because of the low concentration of protons in the former.Under the latter conditions, the entire HER process will require additional effort to obtain protons by water dissociation near or on the catalyst surface. Heterostructured catalysts, with fascinating synergistic effects derived from their heterogeneous interfaces, can provide multiple functional sites for the overall reaction process. At present, the activity of the most active known heterostructured catalysts surpasses(platinum-based heterostructures) or approaches (noble-metal-free heterostructures) that of the commercial Pt/C catalyst under alkaline conditions, demonstrating an infusive potential to break through the bottlenecks. This review summarizes the most representative and recent heterostructured HER catalysts for alkaline medium. The basics and principles of the HER under alkaline conditions are first introduced, followed by a discussion of the latest advances in heterostructured catalysts with/without noblemetal-based heterostructures. Special focus is placed on approaches for enhancing the reaction rate by accelerating the Volmer step. This review aims to provide an overview of the current developments in alkaline HER catalysts, as well as the design principles for the future development of heterostructured nano-or micro-sized electrocatalysts. 展开更多
关键词 Hybrid catalyst Hydrogen production Water splitting interface engineering Synergistic effect
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钙钛矿太阳能电池近期进展 被引量:18
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作者 柴磊 钟敏 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第23期12-26,共15页
近几年来,基于有机无机金属卤化物钙钛矿(ABX_3)的太阳能电池由于其独特的物理化学性质受到了广泛的关注.这种钙钛矿材料具有很高的消光系数、较强的电荷传递能力、长的载流子寿命、长的载流子扩散距离以及特殊的双极性,同时低成本易制... 近几年来,基于有机无机金属卤化物钙钛矿(ABX_3)的太阳能电池由于其独特的物理化学性质受到了广泛的关注.这种钙钛矿材料具有很高的消光系数、较强的电荷传递能力、长的载流子寿命、长的载流子扩散距离以及特殊的双极性,同时低成本易制作.自2009年至今,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到了20.8%,使之成为最有可能在未来代替传统单晶硅太阳能电池的新型太阳能电池.同时,由于钙钛矿具有双极性,故钙钛矿太阳能电池的结构也有多种,最常见的结构有介孔结构、平面结构、介观超结构、无空穴传输层结构等.本文主要介绍钙钛矿太阳能电池的发展、电池结构及其对光电池性能的影响、钙钛矿薄膜的制备方法,同时探讨了钙钛矿在电子传输层上的吸附模型和电荷在电池界面中的传输机理以及界面工程,并介绍该类型电池在近期所获得的突破及未来可能的发展方向,以便对钙钛矿太阳能电池有进一步的了解. 展开更多
关键词 钙钛矿太阳能电池 电池结构 制备 界面工程
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功能高分子材料在柔性电子领域研究进展 被引量:9
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作者 王志勇 汪韬 +1 位作者 庄梦迪 徐航勋 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期878-891,共14页
柔性电子是基于柔性有机/无机功能材料、柔性/可延展基底并结合相应加工工艺得到的新型电子器件.与传统电子器件刚且硬的缺陷相比,柔性电子优秀的力学性能(柔性化和可拉伸等)使其更加适用于可穿戴电子、人机交互、软体机器人等尖端电子... 柔性电子是基于柔性有机/无机功能材料、柔性/可延展基底并结合相应加工工艺得到的新型电子器件.与传统电子器件刚且硬的缺陷相比,柔性电子优秀的力学性能(柔性化和可拉伸等)使其更加适用于可穿戴电子、人机交互、软体机器人等尖端电子领域.自柔性电子起始阶段,高分子材料就被视为实现柔性电子技术走向应用的关键材料,例如柔性高分子基底材料、高分子界面改性材料、柔性高分子功能材料等.借助于高分子材料的优秀性能,半导体技术突破了传统材料的限制,实现了电子器件的柔性化,而且极大地拓展了柔性电子在生物医学、柔性显示屏、能量存储与转换器件以及人机交互等领域的应用.然而随着柔性电子技术的不断发展,现有的技术水平已经不能满足应用领域的苛刻需求,亟需在功能材料研究上获得突破.目前,研发用于柔性电子的新型功能高分子材料被视为解决这一问题的突破点之一.因此,本文基于本课题组的相关工作,综述了近期功能高分子材料在柔性电子领域的相关研究进展,基于柔性电子器件的组成角度以及加工工艺角度,从柔性电子中的三种关键材料(柔性基底材料、界面改性材料、柔性功能材料)出发,分析功能高分子材料在柔性电子领域的研究现状以及发展前景. 展开更多
关键词 柔性电子 功能高分子材料 柔性基底材料 界面改性 自修复
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Tailoring interface of lead-halide perovskite solar cells 被引量:6
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作者 Peimei Da Gengfeng Zheng 《Nano Research》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第5期1471-1497,共27页
Lead-halide perovskite solar cells (PSCs) have attracted tremendous attention during the past few years owing to their extraordinary electronic and photonic properties. To improve the performances of PSCs, many rese... Lead-halide perovskite solar cells (PSCs) have attracted tremendous attention during the past few years owing to their extraordinary electronic and photonic properties. To improve the performances of PSCs, many researchers have focused on the compositional engineering, solvent engineering, and film fabrication methodologies. Interfacial engineering of PSCs has become a burgeoning field in which researchers aim to deeply understand the mechanisms of cells and thereby increase the efficiency and stability of PSCs. This review focuses on the interface tailoring of lead-halide PSCs, including the modification of each layer of the cell structure (i.e., perovskite absorber, electron-transport layers, and hole- transport layers) and the interfacial materials that can be introduced into the PSCs. 展开更多
关键词 perovskite solar cell interface engineering
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固态锂金属电池正极/电解质界面研究进展
6
作者 王冠华 张宇航 +2 位作者 刘峰 李德平 吴禹翰 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1420-1431,共12页
固态锂金属电池以其突出的安全性与高理论比容量成为目前最具发展前景的锂电池技术。在构建高比能固态锂电池体系时,如何较好地解决正极与固体电解质之间的界面问题以及二者之间的兼容性,是高安全性和高比能量固态锂电池技术的痛点之一... 固态锂金属电池以其突出的安全性与高理论比容量成为目前最具发展前景的锂电池技术。在构建高比能固态锂电池体系时,如何较好地解决正极与固体电解质之间的界面问题以及二者之间的兼容性,是高安全性和高比能量固态锂电池技术的痛点之一。通过对固体电解质膜机械特性改性、正极/电解质界面特性改性及其一体化制备技术、界面理论计算等介绍,总结综述了如优化固态电解质与正极材料的物理接触、加强正极/电解质渗透性、改善界面兼容性和正极/电解质固体界面相构建等正极/电解质界面改性技术进展情况,并对固态锂金属电池界面改性技术的发展趋势做了展望。 展开更多
关键词 固态锂金属电池 正极/电解质界面 界面工程
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MOFs衍生物在尿素氧化中的研究进展
7
作者 张霞 吴瑛 +1 位作者 袁牧锋 王春栋 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期55-64,共10页
尿素氧化反应(UOR)在缓解现代氢能源制备和废水处理等压力中起着关键作用,引入性能优异的电催化剂有助于降低电化学能耗。金属-有机骨架(MOFs)衍生物因能克服MOFs原有导电性及稳定性差的固有缺陷备受关注,被认为是一种很有前途的电催化... 尿素氧化反应(UOR)在缓解现代氢能源制备和废水处理等压力中起着关键作用,引入性能优异的电催化剂有助于降低电化学能耗。金属-有机骨架(MOFs)衍生物因能克服MOFs原有导电性及稳定性差的固有缺陷备受关注,被认为是一种很有前途的电催化剂。本文回顾和总结了基于MOFs衍生物的设计和构建的相关研究:(i)基于镍基/非镍基的UOR的机理分析;(ii)概括了利用结构调控、形貌控制、界面工程和缺陷工程的手段提高电子电导率的策略,同时概括了材料物理特性改变与催化活性的相关性;(iii) MOFs衍生物基于UOR的应用研究。最后,对UOR的后期研究挑战和发展提出了合理的建议。 展开更多
关键词 MOFs衍生物 尿素氧化反应 结构调控 形貌控制 界面工程 缺陷工程
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电催化二氧化碳与含氮小分子共还原的缺陷与界面工程
8
作者 王志超 王梦凡 +4 位作者 宦云飞 钱涛 熊杰 杨成韬 晏成林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期1-17,共17页
化石燃料的大量燃烧和利用造成日益严重的能源危机、全球气候变暖和环境污染,已成为人类面临的严峻挑战.因此,迫切需要开发可持续的能源存储和转换技术.其中,将二氧化碳(CO_(2))、氮气(N_(2))、硝酸盐(NO_(3)^(-))和亚硝酸盐(NO_(2)^(-)... 化石燃料的大量燃烧和利用造成日益严重的能源危机、全球气候变暖和环境污染,已成为人类面临的严峻挑战.因此,迫切需要开发可持续的能源存储和转换技术.其中,将二氧化碳(CO_(2))、氮气(N_(2))、硝酸盐(NO_(3)^(-))和亚硝酸盐(NO_(2)^(-))等广泛分布的小分子和环境污染物转化为高附加值的化学品和燃料受到了广泛关注.然而,工业合成方法通常需要高温高压等极为苛刻的条件并消耗大量的能量(如Haber-Bosch和Bosch-Meiser方法分别用于合成氨(NH3)和尿素),这加剧了能源危机和环境污染.因此,在常温常压下,由可再生的电能驱动的电化学催化小分子转化为高附加值化学品被认为是最有前途的能量储存和转化技术之一,它为缓解日益严重的环境问题和能源危机提供了契机.本文系统地总结了近年来在常温常压下电催化CO_(2)与含氮小分子(N_(2),NH_(3),NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-))共还原合成高附加值的含氮肥料(如尿素)和化学品(如酰胺和胺等)的研究进展,尤其是缺陷化学和界面工程与催化活性/选择性之间的构效关系.首先,根据空间尺寸和来源介绍了缺陷的分类,阐述了界面和缺陷之间的内在联系,总结了掺杂、刻蚀、热处理等缺陷构建方法,以及电镜法和谱学法等缺陷表征手段.其次,系统地介绍了通过构建空位(尤其是氧空位)、异原子掺杂、设计单原子催化剂及双原子催化剂等缺陷设计策略来提升电催化碳-氮(C-N)偶联反应合成含氮有机物性能的最新研究进展,阐明了不同缺陷结构对催化剂电子结构和反应物/中间体吸附特征的调控作用.此外,归纳了构建金属/金属界面、金属/碳界面和金属间化合物(合金)等界面工程策略对电催化性能的调控.通过总结经典案例,重点强调了影响目标产物催化性能和选择性的关键因素和描述符.最后,针对目前电催化C-N偶联反应中存在的反应过程复杂� 展开更多
关键词 碳-氮偶联反应 缺陷工程 界面工程 合成尿素 二氧化碳还原
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Optimizing the Performance of CsPbI3-Based Perovskite Solar Cells via Doping a ZnO Electron Transport Layer Coupled with Interface Engineering 被引量:5
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作者 Man Yue Jie Su +4 位作者 Peng Zhao Zhenhua Lin Jincheng Zhang Jingjing Chang Yue Hao 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期605-618,共14页
Interface engineering has been regarded as an effective and noninvasive means to optimize the performance of perovskite solar cells(PSCs).Here,doping engineering of a ZnO electron transport layer(ETL)and CsPbI3/ZnO in... Interface engineering has been regarded as an effective and noninvasive means to optimize the performance of perovskite solar cells(PSCs).Here,doping engineering of a ZnO electron transport layer(ETL)and CsPbI3/ZnO interface engineering via introduction of an interfacial layer are employed to improve the performances of CsPbI3-based PSCs.The results show that when introducing a TiO2 buffer layer while increasing the ZnO layer doping concentration,the open-circuit voltage,power conversion efficiency,and fill factor of the CsPbI3-based PSCs can be improved to 1.31 V,21.06%,and 74.07%,respectively,which are superior to those of PSCs only modified by the TiO2 buffer layer or high-concentration doping of ZnO layer.On the one hand,the buffer layer relieves the band bending and structural disorder of CsPbI3.On the other hand,the increased doping concentration of the ZnO layer improves the conductivity of the TiO2/ZnO bilayer ETL because of the strong interaction between the TiO2 and ZnO layers.However,such phenomena are not observed for those of a PCBM/ZnO bilayer ETL because of the weak interlayer interaction of the PCBM/ZnO interface.These results provide a comprehensive understanding of the CsPbI3/ZnO interface and suggest a guideline to design high-performance PSCs. 展开更多
关键词 All-inorganic CsPbI3 perovskites interface engineering DOPING ZNO Simulation
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PVA基复合材料导热性能的研究进展
10
作者 张亚玲 程国君 +3 位作者 唐忠锋 万祥龙 丁国新 王周锋 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期242-251,共10页
聚乙烯醇(PVA)基复合材料是一种具有广阔应用前景的高分子材料,导热性能是影响其在热管理、电子器件散热等领域实际应用的重要因素之一。近年来,许多学者对PVA基复合材料的导热性能进行了深入研究,涉及不同的导热填料和制备方法。本文... 聚乙烯醇(PVA)基复合材料是一种具有广阔应用前景的高分子材料,导热性能是影响其在热管理、电子器件散热等领域实际应用的重要因素之一。近年来,许多学者对PVA基复合材料的导热性能进行了深入研究,涉及不同的导热填料和制备方法。本文介绍了导热填料的类型、添加量、尺寸与形态对PVA导热性能的影响,以及复合材料的结构设计和界面工程对导热性能的调控,并总结了PVA基复合材料的导热机理及导热性能,为其在各种领域的应用提供了更多的参考。 展开更多
关键词 聚乙烯醇基复合材料 导热填料 界面工程
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6.X nm下一代极紫外多层膜技术研究进展
11
作者 李笑然 唐何涛 +1 位作者 赵娇玲 李丰华 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期151-163,共13页
集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系,采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术,为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据,为进一步提高分辨率,以波长6.X nm为光源的下一代“超越极... 集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系,采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术,为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据,为进一步提高分辨率,以波长6.X nm为光源的下一代“超越极紫外”光刻成为研究热点。多层膜反射镜是极紫外光刻机光学系统中的关键器件,其反射率和寿命决定光刻机的曝光效率与成像质量。综述了6.X nm多层膜的研究进展,对近年来6.X nm波段的极紫外光源以及多层膜的设计、制备和表征等方面进行了介绍和分析。重点阐述了6.X nm多层膜的界面优化方法,并讨论了多层膜在工程应用中的老化和性能衰减等问题,对面向未来商业应用的方向做出了展望。旨在为我国从事先进光刻等相关研究工作的学者、工程师等提供重要参考。 展开更多
关键词 先进光刻 超越极紫外 多层膜 反射率 界面工程
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钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展及展望
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作者 李彬 程家豪 +1 位作者 李望南 彭勇 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期10-22,共13页
综述近年来钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展现状,介绍钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术在效率和可靠性方面的优势。从工艺优化、结构协同设计和性能优化等方面对钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池进行总结,着重讨论叠层结构的每个子单元... 综述近年来钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展现状,介绍钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术在效率和可靠性方面的优势。从工艺优化、结构协同设计和性能优化等方面对钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池进行总结,着重讨论叠层结构的每个子单元太阳电池复杂的协同效应。 展开更多
关键词 钙钛矿太阳电池 铜铟镓硒太阳电池 叠层太阳电池 界面工程 光学管理
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ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用 被引量:6
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作者 司浩楠 张铮 +2 位作者 廖庆亮 康卓 张跃 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第25期2721-2739,共19页
近年来,有机-无机杂化钙钛矿光伏电池取得了突飞猛进的发展,已成为光伏领域的研究焦点;其光伏性能的不断提高不仅与钙钛矿材料自身质量与光电特性的提升有关,同时依赖于载流子传输层的优化与设计.鉴于ZnO的优势和特性,本文聚焦于ZnO纳... 近年来,有机-无机杂化钙钛矿光伏电池取得了突飞猛进的发展,已成为光伏领域的研究焦点;其光伏性能的不断提高不仅与钙钛矿材料自身质量与光电特性的提升有关,同时依赖于载流子传输层的优化与设计.鉴于ZnO的优势和特性,本文聚焦于ZnO纳米结构设计及其在钙钛矿光伏电池中的应用,简述了ZnO材料独特的光电性质,总结了ZnO纳米结构的制备方法及合成原理;详细综述了不同维度ZnO纳米结构在钙钛矿光伏电池中的发展进程,着重阐述了化学掺杂、表面修饰、应力调控策略在ZnO基钙钛矿光伏电池性能优化方面的研究进展.本文系统总结了ZnO电子传输层的国内外研究现状、应用前景及发展趋势,为设计构筑高性能ZnO基钙钛矿光伏电池提供了重要的指导. 展开更多
关键词 ZNO纳米结构 钙钛矿光伏电池 电子输运 界面工程
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离子液体界面修饰的高效稳定FAPbI_(3)钙钛矿太阳能电池
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作者 Yameen Ahmed 封想想 +8 位作者 高远基 丁洋 龙操玉 Mustafa Haider 李恒月 李专 黄誓成 Makhsud I.Saidaminov 阳军亮 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第6期34-37,共4页
碘铅甲眯(FAPbI_(3))钙钛矿太阳能电池因其优异的光伏性能而受到广泛关注,但器件的长期稳定性仍然是FAPbI_(3)太阳能电池的关键问题。FAPbI_(3)黑色钙钛矿相在室温下会相变为黄色非钙钛矿相,且水分会加速这一相变。界面工程是提高钙钛... 碘铅甲眯(FAPbI_(3))钙钛矿太阳能电池因其优异的光伏性能而受到广泛关注,但器件的长期稳定性仍然是FAPbI_(3)太阳能电池的关键问题。FAPbI_(3)黑色钙钛矿相在室温下会相变为黄色非钙钛矿相,且水分会加速这一相变。界面工程是提高钙钛矿太阳能电池稳定性的常用方法之一。作为绿色溶剂,离子液体被认为是有毒界面修饰剂的潜在替代品,这也提高了它们的商业可行性,并加速了它们在可再生能源市场的应用。本研究利用具有低挥发性、低毒性、高导电性和高热稳定性的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIM[BF_(4)])来修饰钙钛矿太阳能电池的电子传输层和钙钛矿层之间的界面。离子液体的引入不仅减少了界面缺陷,而且提高了钙钛矿薄膜的质量。密度泛函理论计算表明,离子液体与钙钛矿表面之间存在较强的界面相互作用,有利于降低钙钛矿表面缺陷态密度,稳定钙钛矿晶格。除钙钛矿薄膜缺陷外,溶液处理的SnO_(2)也存在表面缺陷。在SnO_(2)表面的缺陷产生缺陷态,也会导致能带对准问题和稳定性问题。密度泛函理论计算表明,有离子液体的表面间隙态比没有离子液体的表面间隙态小,这种减弱的表面间隙态表明表面区域载流子复合减少,有利于提高器件性能。因此,我们实现了功率转换效率大于22%的离子液体修饰的FAPbI_(3)钙钛矿太阳能电池(对照21%)。在相对湿度~20%的干箱中存放1800h以上后,冠军器件保留了初始状态的~90%,而控制器件降解为非钙钛矿黄色六方相(δ-FAPbI_(3))。 展开更多
关键词 FAPbI_(3) 相稳定性 SnO_(2) 钙钛矿太阳能电池 离子液体 界面工程
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基于多尺度结构与界面工程调控的高储能密度聚合物基电介质复合材料
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作者 王轶飞 吴诗丽 汪宏 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1438-1450,共13页
电介质材料是决定电介质电容器储能特性的关键材料。聚合物基复合电介质因综合了聚合物基体和改性填料的独特优势已成为目前极具发展潜力的储能电介质材料。然而,当前高度集成化和小型化的能源动力系统对电介质电容器的储能性能提出了... 电介质材料是决定电介质电容器储能特性的关键材料。聚合物基复合电介质因综合了聚合物基体和改性填料的独特优势已成为目前极具发展潜力的储能电介质材料。然而,当前高度集成化和小型化的能源动力系统对电介质电容器的储能性能提出了更高的要求,而改善性能的根本在于进一步提升聚合物基复合电介质的储能密度。本工作比较了不同种类聚合物基电介质复合材料的性能特征,总结了其结构特点和设计思路,从多尺度结构和界面工程调控等方面回顾了提升复合电介质储能性能的方法,包括调控填料的微观结构、构建宏观层状结构、纳米涂覆聚合物表面、聚合物分子结构设计等策略。最后,总结了当前聚合物基复合电介质材料面临的挑战和未来的发展趋势。 展开更多
关键词 结构设计 界面工程 高储能密度 复合电介质
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大电流密度过渡金属硫族化合物析氢催化剂界面工程展望
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作者 康馨 余强敏 +4 位作者 张天昊 胡书萁 刘鹤鸣 张致远 刘碧录 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第1期9-24,共16页
氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及... 氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及催化剂-基底、催化剂-电解液、催化剂-气体三个界面.界面性质会影响电化学传质行为、电荷传输行为和催化剂的力学性质,从而影响大电流密度下制氢性能.因此,优化界面结构和性质是提升大电流密度下电解水催化剂性能并解决电解水技术工业应用挑战的关键.二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)具有电子结构可调、活性位点丰富、合成方法多样等优势,自1976年首次应用于光电催化水分解反应、加氢脱硫反应以来,已有大量工作报道了TMDCs催化剂应用于HER.本文以TMDCs催化剂为例研究界面工程对大电流密度下HER的提升作用及机制.探讨了电化学反应中上述三个界面上发生的物理化学过程,系统分析了大电流密度下质量传输、电荷传输速率受限和力学强度不足三方面挑战,并总结了适用于大电流密度的催化剂性能描述符.分别归纳了针对以上三个界面的界面工程策略及相应作用,简要概括为:(1)催化剂-基底界面结合力增强、界面电阻降低、界面电子结构调控等策略;(2)催化剂-电解液界面形貌调控、表面化学、电解液环境调控等策略;(3)催化剂-气体界面疏气性调控、外场作用等策略.从反应机理研究、膜电极界面设计及电解槽界面性质调控三个角度对电解水反应界面工程未来的发展与应用提出了建议及展望.在反应机理方面,大电流条件下的界面性质如界面电阻、传质行为等仍需更深入的认识.在膜电极中,催化剂、离子交换膜、离子型聚合物、气体扩散层所形成的多元界面,尤其是催化剂-膜界面、催化剂-气体扩散层界面� 展开更多
关键词 界面工程 电化学 制氢反应 大电流 过渡金属硫族化合物 膜电极
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“双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展 被引量:1
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作者 徐红杰 汪光辉 +6 位作者 苏钰杰 张志高 李海通 杨中正 王雨晨 胡林悦 曹国钦 《过程工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期943-957,共15页
由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度,在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性,被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景... 由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度,在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性,被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而,LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战,如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理,理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑,为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义;综述了硫化物固态电解质中Li_(10)GeP_(2)S_(12)(LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路,包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li_(3)OCl和双反钙钛矿Li_(6)OSI_(2)电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外,本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用:借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题;理解原子尺度下的充放电机制,并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后,对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。 展开更多
关键词 材料理论设计 锂离子固态电池 电解质 界面工程
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石墨烯量子点与有机太阳能电池 被引量:5
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作者 胡勇 谢观水 +1 位作者 张哲泠 张坚 《桂林电子科技大学学报》 2019年第4期331-336,共6页
为了进一步提升有机太阳能电池的性能,设计、合成了诸多具有优异光电特性的有机材料。石墨烯量子点因具有优异的光学性能、电学性能以及易于在水溶液中分散等特性,得到了研究者广泛的关注。通过大量的文献研究可知,石墨烯量子点在有机... 为了进一步提升有机太阳能电池的性能,设计、合成了诸多具有优异光电特性的有机材料。石墨烯量子点因具有优异的光学性能、电学性能以及易于在水溶液中分散等特性,得到了研究者广泛的关注。通过大量的文献研究可知,石墨烯量子点在有机太阳能电池的活性层、阳极界面层、阴极界面层中均得到大量的应用。通常为了达到石墨烯量子点在有机太阳能电池器件中不同应用的要求,需要对石墨烯量子点进行改性,如引入官能团或与其他材料掺杂调节其功能函数,以及与其他材料复合等方法。 展开更多
关键词 石墨烯量子点 有机太阳能电池 活性层 界面调控
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铜锌锡硫基薄膜太阳电池研究进展 被引量:1
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作者 赵云海 陈烁 +3 位作者 苏正华 罗景庭 章向华 梁广兴 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第34期4662-4673,共12页
光伏技术为日益增长的能源需求提供了一种可持续的解决方案.如今,各种高性能太阳电池层出不穷,由无机材料制成的薄膜太阳电池已成为太阳电池的主要类别之一,在快速发展的光伏市场显示出巨大潜力.地球上储量丰富且环境友好的锌黄锡矿Cu_(... 光伏技术为日益增长的能源需求提供了一种可持续的解决方案.如今,各种高性能太阳电池层出不穷,由无机材料制成的薄膜太阳电池已成为太阳电池的主要类别之一,在快速发展的光伏市场显示出巨大潜力.地球上储量丰富且环境友好的锌黄锡矿Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4)(CZTSSe)被认为是极具可能取代Cu(In,Ga)Se_(2)(CIGS)和CdTe的新一代光伏材料.CZTSSe光伏器件在过去几年中取得了显著的进步,最高效率达到14.9%,但仍远低于CIGS(23.6%)和CdTe(22.1%).不理想的前后界面是填充因子难以提高的主要原因之一.背界面处较厚的Mo(S,Se)2层会导致载流子传输势垒并对吸收层的晶体质量产生负面影响;高密度的界面缺陷、不利的能带匹配以及跨界面的结构不均匀性是导致异质结界面复合的主要因素.同时,CZTSSe作为最复杂的化合物半导体之一,其缺陷化学性质比CIGS和CdTe更为复杂,深能级固有缺陷作为复合中心,导致较短的载流子寿命,大量缺陷簇引入了相当大的电位波动.由于低的填充因子和大的开路电压亏损,目前CZTSSe基太阳电池的性能停滞不前.本文关注于界面工程、阳离子取代、硒化热处理及后退火等使CZTSSe基器件效率逐步提高的工艺,综述了近年来提升CZTSSe基光伏器件性能的最先进策略及其作用机制,并对本领域未来的发展进行了展望. 展开更多
关键词 薄膜太阳电池 铜锌锡硫硒 效率提升机制 界面工程 缺陷钝化
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正极包覆与界面修饰:双策略改善聚氧化乙烯固态电解质对高电压正极稳定性 被引量:1
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作者 谭淑雨 刘晓宁 +2 位作者 毕志杰 万勇 郭向欣 《无机材料学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 2023年第12期1466-1474,I0010,I0011,共11页
聚氧化乙烯(PEO)基固体电解质具有成本低、对锂稳定、易于大规模生产等优点,是固态锂电池最有前途的固体电解质。然而,PEO对高压正极不稳定,严重限制了其在高能量密度领域的应用。本研究在LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM)正极颗... 聚氧化乙烯(PEO)基固体电解质具有成本低、对锂稳定、易于大规模生产等优点,是固态锂电池最有前途的固体电解质。然而,PEO对高压正极不稳定,严重限制了其在高能量密度领域的应用。本研究在LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM)正极颗粒上部分包覆环化聚丙烯腈(cPAN)纳米层作为电子导电层,在NCM/PEO界面上引入离子液体作为离子导电通道,用以提高PEO与高压NCM正极的相容性。其中,cPAN层不仅在物理上隔离了PEO电解质与NCM正极的直接接触,而且cPAN中具有非局域的sp^(2)π键,有助于正极内部的电子传输。同时,高离子电导率的离子液体的流动性较高,可以充分润湿正极侧界面,并在循环过程中分解为富LiF和Li_(3)N的CEI层,进一步限制PEO电解质的氧化分解。基于上述复合策略的固态NCM/Li电池可在0.1C(1C=0.18 A·g^(-1)),4.30 V截止电压下稳定循环100次,且容量保持率可达85.3%。本研究通过表面包覆和界面修饰,为提高PEO基电解质对高压正极的稳定性提供了可行方案。 展开更多
关键词 聚氧化乙烯 环化 高电压正极 界面工程 固态锂电池
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