eia月度能源展望报告（能源周报Nat.Energy）

温馨提示：本推文包含21篇文献，预计阅读时间约21min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。

1．Nat. Energy：Zn:CuInSe2量子点敏化太阳电池高缺陷耐受性的光谱研究

胶体半导体量子点（QD）是用于实现高性能液接光伏电池的有前途的材料。尽管存在大量典型的I-III-VI2三元半导体天然缺陷，但基于Zn：CuInSe2 QD的太阳能电池仍显示出高效率。为了阐明这些设备显着的缺陷耐受性的原因，研究者对制备的和表面改性的Zn:CuInSe2 QD进行了并行光伏和光谱研究。使用具有不同长度和与TiO2表面的结合的表面配体，可以调节缺陷相关弛豫和QD到TiO2电极电子转移的速率。尽管表面修饰对光致发光动力学有深远影响，但其对光伏性能的影响却几乎没有，这表明间隙内缺陷不仅不会阻碍而且实际上有助于Zn:CuInSe2 QDs的光转换过程。这些能隙状态被识别为浅层表面电子陷阱和天然Cu1 空穴陷阱缺陷，分别介导了与TiO2电极和电解质的QD相互作用，并以约85％的光电子转换效率帮助实现了稳定的光伏性能。功率转换效率高达9-10％。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-0617-6

2. Angew. Chem. Int. Ed.：用随机三元共聚合策略合成聚合物受体的高性能全聚合物太阳电池

在这项工作中，研究者展示了一种简单的无规则三元共聚策略，该方法通过将由Y6修饰的小分子受体单元与噻吩连接单元和定量的3-乙基酯噻吩（ET）单元聚合来合成一系列聚合物受体PTPBT-ET x。与仅Y6类单元和噻吩单元的PTPBT相比，在三元共聚物中结合了ET单元的PTPBT-ET x（其中x表示ET单元的摩尔比）与聚合物供体PBDB-T的共混膜中使用显示出上移的LUMO能级，增加的电子迁移率和改善的共混物形态。基于PBDB-T：PTPBT-ET 0.3的全PSC实现了超过12.5％的高功率转换效率（PCE）。此外，基于PTPBT-ET 0.3的全PSC器件在300个小时内也表现出长期的光稳定性。这些结果表明，小分子受体单元与第三类功能单元的无规则三元共聚是开发所有PSC的高效聚合物受体简单但有效的策略。

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202005357

3．Adv. Mater.: 关于硫铁氧体太阳能电池中光电压损失的机理理解

考虑到自然丰度，光电性能和电力生产成本，黄铁矿（FeS2）作为太阳能电池材料具有很强的吸引力。然而，迄今为止证明的FeS 2太阳能电池的最大转换效率低于3％，这大大低于25％的理论效率极限。这种较差的转换效率主要是由于较差的光电压所致，对于具有明显光电流的器件，其从未超过0.2V。几项研究探索了FeS2太阳能电池中低光电压的起源，并加深了对光电压损耗机理的理解。费米能级钉扎，表面反转，本体供体态的电离和光载流子损耗已被认为是FeS2中光电压损耗的根本原因。鉴于过去和最近的科学数据，以及在一定程度上相互矛盾的结果，现在应该讨论这些机制，以提供有关当前状况和接下来挑战的最新观点。在此，对FeS2太阳能电池中低光电压的起源的当前理解进行了细致回顾，随后对电子结构和光电特性进行了简要讨论。最后，提出了一些研究方向的建议。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905653

4. Joule：具有最小非辐射复合和局部载流子输运损耗的有效钙钛矿太阳能模块

钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）迅速增长。但是，最新的PSC仍然遭受非均匀分布的非辐射重组和载流子传输损失的困扰。在这里，研究者报告了一个有前途的评估策略，将广义光电互易定理和基于相机的PSCs发光成像技术相结合。过量的氯化铅成分工程提高了均质性并抑制了非辐射重组，从而导致器件的外部发光效率达到1.14％（相当于0.116 V的非辐射电压损失）。在中等照明水平下，还可以观察到最大功率点时有利的局部和全局载流子提取特性。结果获得了25.49 cm2大小的钙钛矿太阳能电池组件，其认证的效率为17.88％，填充系数达到了创纪录的78％以上。这种定量和空间分辨的表征适用于特定的工作点，为将来对实验室规模的设备进行实时跟踪以及快速评估大面积模块提供了巨大的潜力。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120301823

5．ACS Energy Lett.：低成本钾离子电池高性能K0.5MnO 2正极的非易燃电解质

层状K0.5MnO2正极在钾离子电池中的应用受到其在4.0 V（vs. K /K）以上充电时较差的循环性能的限制，而这种电化学不稳定性的潜在机制仍不清楚。在这里，发现碳酸亚乙酯（EC）将插入到去钾化的K0.5MnO2中，引起层状化合物的剥落并导致在高电荷截止电压下的容量衰减。通过用不易燃的磷酸盐替代碳酸盐，K0.5MnO2高于4.0 V（vs. K /K）的电化学性能得到显着增强，可逆容量为120 mAh g-1，400个循环后容量保留率达到84％。该磷酸盐类电解质还显示出与市售石墨负极的优异相容性，从而使K0.5MnO2石墨全电池具有令人鼓舞的电化学性能。本研究为新型电解质的进一步探索提供了新的见识，以推动新兴的低成本和高性能钾离子电池的发展。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00912

6．ACS Energy Lett.：钠离子电池负极复合材料开发的最新进展

钠离子电池（SIB）在从便携式设备到大型能量存储电网的应用中，对于能量存储而言是一个诱人的前景。然而，SIB的实际应用因其大尺寸和随之而来的缓慢动力学而受到阻碍。复合策略已被广泛用作促进提高SIB电极电池性能的有效方法之一。过渡金属化合物（TMC）和含碳物质的组合是一种流行的复合体，可以提供广泛的可能性来制造高性能且持久的SIB负极。这篇评论特别强调了TMC的复合策略，包括具有不同碳物质的金属氧化物，金属硫化物，金属磷化物和金属碳化物。对这些复合物中Na离子存储机理的系统讨论已变得特别重要。这篇综述全面涵盖了复合对SIB性能的影响，以评估这些材料作为未来有希望的SIB负极材料的全部影响。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00973

7. Angew. Chem. Int. Ed. 通过分层多孔In2S3 @ CNT / SS阴极制备具有光/电能量转换和存储的柔性Li-CO2电池

由于CO2还原反应（CDRR）和演化反应（CDER）动力学缓慢，实际比容量低，过电位高，倍率能力差，阻碍了Li-CO2电池的实际应用。本文首次报道了一种光诱导柔性Li-CO2电池，其良好、分层多孔、独立的In2S3@CNT/SS（ICS）电极可同时加速CDRR和CDER。光诱导Li-CO2电池的放电电压达到了创纪录的3.14V，超过了2.80V的热力学极限；超低充电电压达到了3.20V，往返效率达到了98.1%，这是迄今为止报道的最高值（<80%）。这些优异的性能可以归因于ICS的分层多孔和独立结构，以及光生电子和空穴在放电和充电过程中的关键作用。此外，本研究还提出了一种在光照下将In3 还原为In 的预激活机制。双功能光辅助过程的机理为光诱导的Li-CO2电池提供了一个很有前途的视角，并有助于解决系统的主要问题。

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202005053

8. Adv. Mater. 原子工程提高MnO2电催化动力学实现具有高功率和高能量密度的混合溶液电池

锌溶液电池，如碱性锌锰电池、锌镍钴电池、锌空气电池、近中性锌离子电池和混合离子电池等，由于其低成本、高安全的特点，对其研究和成果在世界范围内迅速增长。然而，锌基二次电池的实际应用受到能量和功率密度的限制，其中输出平台电压不足和动力学迟滞是相互影响的。在此，本文构建了一种新型的高倍率、高电压锌锰混合溶液电池（HAB），其电化学稳定窗口在3.4v以上，价格合理。作为概念的证明，通过在电解质中引入Ni2 在HAB中展示了MnO2/Mn2 电催化动力学。采用原位同步辐射X射线粉末衍射、X射线吸收精细结构和电子能量损失谱等技术，揭示了可逆储能机理和提高倍率能力的根源。密度泛函理论（DFT）计算表明，在引入强电负性Ni后，活性电子态和电荷离域增强。反应路径的模拟证实了掺杂Ni的O活性位点上的电荷转移促进了催化电解动力学。这些发现显著地推动了水性电池向实际低成本应用迈进了一步。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001894

9. Energ. Environ. Sci. 梯度LiCoO2单晶结构具有3400 W h L-1以上稳定能量密度

高电压（>4.5v）下LiCoO2的循环稳定性受到阴阳离子混合氧化还原（HACR）诱导的氧逸出和不受控制的相崩塌的影响。通过在NSLS-II上的DEMS和原位XANES作图，本文证明了氧逸出引发了不可逆的转变，转变成“坏”的表面相，并迅速向内传播。增强HACR但阻止整体的氧迁移是稳定高能阴极的关键。因此，本文成功地制备出了∼10μm的LiCoO2单晶，在其表面平滑地转变为无钴LiN0.75Ni0.25O2。通过初始电化学反应，在操作体中形成了一个氧损失很小的半相干LiMn1.5Ni0.5O4尖晶石壳层，完整地包裹了LiCoO2。在此基础上，本文进一步制备了梯度晶型的LiCoO2单晶，防止了氧在颗粒中的渗透迁移，提高了高压下HACR的可逆性。梯度HACR阴极在充电至4.6v以上时经历基本稳定的循环，因此在与商用石墨阳极和贫电解质（2g A h-1）耦合的袋式全电池中实现了大于3400 W h L-1的稳定循环体积能量密度，即使在300个循环后也可高达2906 W h L-1。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee00231c#!divAbstract

10. ACS Energy Lett. 快速充电石墨电极上非活性锂和固体电解质界面（SEI）物种的定量研究

锂离子电池的快速充电受到石墨阳极上镀锂的限制，即锂离子在石墨颗粒表面还原为锂金属，而不是插入石墨层之间，这直接导致了由于镀锂/剥离过程的低可逆性而造成的容量损失。因此，准确确定镀锂的起始时间和量对于解决这些问题至关重要。本文证明了一种最小检测限为20 nmol（5×10-4mAh）Li的滴定技术，用于定量快速充电后留在石墨电极上的非活性Li。滴定法推广到测定固体电解质界面（SEI）中固体碳酸盐和乙酰化锂（Li2C2）的总量，并用电化学模型测定了石墨表面镀Li金属的交换电流密度（10A/m2）和剥离效率（65%）。这些技术提供了一个高度精确的测量开始和快速充电期间石墨SEI演变的定量见解。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00859

11. ACS Energy Lett. 采用紧凑机械稳定的阳极设计实现高容量锂存储

随着对电化学储能装置最小化的不断需求，在有限空间内体积性能与重量测量对于可充电电池同等重要。大容量负极材料有望显著改善锂离子电池的容量性能，但由于其在循环过程中体积变化大而引起的纳米化和机械不稳定性等问题，一般阻碍了其实际应用。从这一角度出发，着重强调机械稳定性设计的重要性，并强调内部致密化是大体积变化阳极纳米材料实现良好重量和体积性能的理想解决方案。本文讨论的策略基于碳在高密度材料结构中的应用、精确的孔洞保护和应力管理，以解决材料、电极和设备方面的机械不稳定性问题。最后，提出了用紧凑型锂电池解决这些问题的有效途径。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00851

12. Angew. Chem. Int. Ed.: 锂金属阳极能否在90°C的液体电解质中循环？

锂（Li）金属阳极作为多样化场景中下一代电池的有希望的阳极，必须在高温下稳定运行。然而，由于在常规液体电解质中电解质和固体电解质中间相的热不稳定性，锂金属阳极通常在高温（＞ 55℃）下经受不良的性能甚至安全问题。该文证明了在热稳定电解质中可在90°C高温下工作的锂金属阳极。在90°C下工作的锂| LiFePO4电池，锂金属阳极经历100次循环，而在实际的碳酸盐电解质中则经历10次循环。在固体电解质界面形成期间，锂盐和溶剂的独立和不完全分解加剧。在90°C时会出现一些不稳定的中间分解产物，从而降低了Li沉积的均匀性。该项工作不仅证明了在90°C下可以正常工作的锂金属阳极，而且还为可充电电池在高温下固体电解质间相和锂沉积提供了基本的了解。

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002711

13. Angew. Chem. Int. Ed.: 用于高性能锂金属电池的氟化芳香族稀释剂

在锂金属电池中，含有高浓度盐的电解质具有良好的循环性能，但其在材料成本方面的实用性尚待保证。在这里，研究者们报告了一种氟化芳族化合物，即1,2-二氟苯，用作电解质中的稀释溶剂，以实现“高浓度效应”。最低的最低未占据分子轨道（LUMO）水平，对锂离子的弱结合亲和力以及1,2-二氟苯的高氟供体能力共同导致了在2 M附近的大盐浓度下高浓度效应，同时将固体电解质相间（SEI）层的成分改性为富含氟化锂（LiF）。使用三盐来防止铝集电器的腐蚀进一步改善了循环性能。该项研究提供了一种设计原理，说明如何在相当低的盐体积浓度下实现局部高浓度效果。

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003663

14. Angew. Chem. Int. Ed.: 通过原位TEM揭示合金型钾离子电池阳极纳米结构设计的进展

纳米结构工程被公认为是提高材料电化学性能的有效方法，借助原位表征技术可以确定更合理的纳米结构材料设计。在这里，研究者们结合了新颖的纳米结构设计和原位透射电子显微镜（TEM）观察，证明了由卵黄壳结构单元聚束而成的Sb基纳米纤维，是钾离子电池（PIB）的显着改进的阳极。特别是，提出了一种金属有机框架（MOF）结合静电纺丝策略，再耦合到受限的离子交换，随后进行热还原，以制备嵌入碳纳米纤维（Sb @ CNF）的卵黄壳Sb @ C纳米盒。值得注意的是，原位TEM分析显示内部Sb纳米粒子在合金化/脱合金过程中经历了显着的体积膨胀/收缩，而空隙空间可以有效缓解总体体积变化，并且塑料碳壳保持了电极材料的结构完整性。这项工作为高级表征技术的应用提供指导，以指导电极材料设计的优化。

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004193

15. Adv. Mater. : 通过原位聚苯胺插层来调节V2O5中锌离子插入/萃取的动力学，可改善水溶液中锌离子存储性能

可充电锌离子电池（ZIBs）逐渐成为锂离子电池的有前途的替代品。然而，发展的阴极受Zn2 扩散动力学的影响，导致速率能力差和循环寿命不足。在该文中，开发了一种原位聚苯胺（PANI）嵌入策略，以促进V2O5中Zn2 （de）嵌入动力学。这样，可以交替在V-O层之间构造一个显着增大的层间距离（13.90Å），从而为方便的Zn2 扩散提供了加速通道。重要的是，Zn2 与主体O2-之间的静电相互作用是阻碍Zn2 扩散动力学的另一个关键因素，可以通过PANI的独特π共轭结构有效地阻止它。原位同步加速器X射线衍射和拉曼研究证明，PANI插层的V2O5在Zn2 重复插入和萃取过程中表现出稳定且高度可逆的电化学反应。进一步的第一性原理计算清楚地表明，Zn2 与主体O2-之间的结合能显着降低，这解释了PANI嵌入V2O5中的有利动力学。得益于此，PANI插层式V2O5电极的整体电化学性能得到了显着改善，在20 A g-1的电流密度下表现出出色的高倍率容量197.1 mAh g-1，在2000次循环中的容量保持率为97.6％。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001113

16. Nat. Commun.: 钠离子电池用红磷浸渍碳纳米纤维和液化红磷

红磷具有很高的理论钠容量，已被认为是钠离子电池的候选阳极。与锂离子电池的硅阳极相似，红磷的电化学性能也受到了碱化后的大体积变化。在这里，研究者们对合成的红磷浸渍的碳纳米纤维进行了原位透射电子显微镜分析，并进行了相应的化学机械模拟，结果表明，经过碱化处理的红磷具有“类液体”的机械行为，并具有良好的延展性和抗粉碎变形能力。已证明，合成的浸渍了红磷的碳纳米纤维的包封策略是使钠离子电池中的红磷副反应最小化的有效方法，显示出稳定的电化学循环。该项研究为钠离子电池高性能红磷阳极提供了有效的指导。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16077-z

17. Adv. Mater.: 结构化的钙钛矿吸光剂实现高效稳定的光伏应用

由于其令人印象深刻的光学和电学特性，有机-无机杂化卤化钙钛矿铅材料（ABX3）在光伏领域引起了广泛的关注。但是，钙钛矿型光伏产品的商业化仍存在障碍，例如稳定性差，滞后性和毒性。现场阳离子工程技术被认为是调整钙钛矿结构及其光电性能的强大工具。根据A位阳离子的选择和组合，可以形成三种钙钛矿结构，即3D钙钛矿，降维（2D/准2D）钙钛矿和2D/3D杂化钙钛矿。本文总结了这三种钙钛矿结构所带来的显着突破，并突出了它们相应的特性和特征以及它们的固有缺点。通过总结最近的研究进展，提供了改善钙钛矿型光伏电池性能和稳定性的新观点。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903937

18. Adv. Mater.：有机-无机杂化钙钛矿通过中间上层结构的一般分解途径及其抑制机理

有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）由于其有前途的光伏性能而引起了极大的兴趣。然而，钙钛矿太阳能电池（PSC）的商业化仍然受到OIHPs结构降解的困扰。在此，通过透射电子显微镜研究了OIHPs在电子束辐照下的分解机理，并通过CH3NH3PbX2.5的中间超结构状态（X=I，Br，有序）揭示了四方CH3NH3PbI3和立方CH3NH3PbBr3的一般分解途径。空缺成最终卤化铅。通过钙钛矿结构框架的稳定化可以通过碳涂层抑制这种分解。这些发现揭示了OIHPs的一般降解途径，并提出了抑制它的有效策略，并且所学到的原子学见解对于改善PSC的稳定性可能是有用的。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001107

19. Joule：表征钙钛矿太阳能电池和发光二极管的效率

金属卤化物钙钛矿（MHP）作为高效太阳能电池的光吸收剂已得到广泛研究。通过在全球范围内的努力，MHP太阳能电池的功率转换效率最近已飙升至25.2％。MHP现在也被视为下一代发光器。它们的高色纯度和溶液可加工性特别适合显示应用，这些应用通常受益于宽色域和低成本高分辨率子像素图案。因此，钙钛矿发光二极管（LED）的研究活动迅速增长，其外部量子效率已大大提高到20％以上。随着越来越多具有不同背景的研究小组致力于这些钙钛矿光电器件的研究，对精确效率测量的标准方法的需求正在增长，这些方法可以在各个学科之间达成共识，并且可以在实验室中轻松实现。在此，从MHP太阳能电池和LED的观点出发，重新讨论了光电表征方法。首先回顾一下通用效率测量实践，介绍常见的误差源，然后提出避免或减少这些误差的指南，以帮助现场研究人员制定最佳的测量实践。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120301768

20. Chem：一种实现30％高效钙钛矿太阳能电池的现实方法

尽管钙钛矿太阳能电池（PSC）的开发超过了众所周知的薄膜太阳能电池技术的功率转换效率（PCE），但将其理论PCE超过30％仍然是有吸引力的，尽管具有挑战性。在此观点中，我们研究了实现25.2％的创纪录PCE的当前挑战，并概述了理论PCE的发展方向。对当前认证的PCE增量的一项调查可以比较光伏参数，并建议提高填充因子（FF）值是达到25.2％的决定性因素。然后根据PSC与其他光伏技术之间的性能比较，阐明了达到30％的参数限制。最后，结合了Si和GaAs太阳能电池的经验教训，以提供提高PSC的PCE的策略。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929420301819

21. ACS Energy Lett.：揭示离子富勒烯钝化的高效稳定的无甲铵钙钛矿太阳能电池的机理

尽管挥发性甲基铵（MA）阳离子具有吸引人的稳定性，但与基于MA的设备相比，由于性能较差，双阳离子（Cs，FA）钙钛矿型太阳能电池在很大程度上被忽略了。在所有器件工程策略中，表面钝化是获得改善性能的有前途的方法。但是，尚未开发出有效的钝化策略来实现无MA细胞的效率接近其理论极限。在本文中，研究具有不同结合基团的富勒烯钝化剂以建立分子结构与钙钛矿表面性质之间的关系。发现使用双全氟吡咯烷碘化物（bFPI）进行的表面处理可以与带电缺陷产生强相互作用，从而导致有效的缺陷钝化和界面处的良好带弯曲。所得的经bFPI处理的器件显示出明显降低的缺陷密度，并加速了从钙钛矿到阴极的电子提取。因此，不含MA的设备具有21.1％的效率，并具有长期的环境稳定性。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00871

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