福建物构所王要兵EES: 基于C60@多孔有机笼正极的光辅助锂有机电池

光辅助锂离子有机电池为太阳能转换和存储提供了一种有吸引力的方法，而挑战在于高效有机正极的设计。

在此，中科院福建物构所王要兵研究员等人报道合成了一种具有电荷分离和氧化还原活性的C₆₀@多孔有机笼体（C₆₀@POC），该材料具有有效的光捕获和储能功能，可作为光辅助锂离子有机电池中的双功能正极实现高效太阳能转换和存储。综合结构表征表明，C₆₀@POC在热力学上有利于2:1的客-主化学计量比。

光学和电化学分析表明，光激发的载流子可以被设计的 C₆₀@POC (τ_CS= 20.83 ps) 有效分离，并通过可逆的脱/锂化反应储存为化学能；同时，C₆₀@POC可延长充电寿命（τ_CR = 171.17 ps）且提高光电子/空穴的可用性，从而提高太阳能到电化学储能的转换效率。

图1. C₆₀@POC正极的电荷分离和带对齐结果

具体而言，基于C₆₀@POC正极的光辅助锂有机电池的放电/充电电压在光照下升高/降低了470/410 mV，对应的往返效率提高了24.2%。此外，该电池实现了约1%的高太阳能到电化学能量转换效率，输入功率降低13.2%，输出功率增加 81.4%，证明了光辅助充电中的高效太阳能到电化学能量存储和放电过程。

这项研究表明，形成具有延长寿命的有效分离电荷将提高光辅助锂有机电池的往返效率、功率密度以及太阳能到电化学储能的效率，这将为设计光辅助电池及其他领域中的高效太阳能电化学储能材料提供普适性指导。

图2. 光辅助锂有机电池的光电化学储能性能

Photo-assisted Charge/discharge Li-organic Battery with a Charge-separated and Redox-active C₆₀@Porous Organic Cage Cathode, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE03163E

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