Science Bulletin论文精选—能源材料

本文精选了Science Bulletin 2015-2016年发表的能源材料领域部分精彩论文，欢迎关注转发！之后还将陆续推出其他热点领域精选文章系列，敬请期待！

Ning Han, Zaixing Yang, Lifan Shen, Hao Lin, Ying Wang,Edwin Y. B. Pun, Yunfa Chen, Johnny C. Ho

Design and fabrication of 1-D semiconductor nanomaterials for high-performance photovoltaics

Science Bulletin, 2016, 61(5):357-367

高性能一维半导体光伏纳米材料的设计与合成

至今,大面积利用光伏技术获取太阳能仍极具挑战, 需要减少材料的消耗,简化太阳能电池的制作并优化结构, 以降低成本并提高效率. 由于一维纳米材料具有极强的光耦合效应, 并易于加工组装成电池器件, 半导体纳米线材料在太阳能利用方面越来越受到关注. 基于上述优势, 其光吸收效率及光电转换效率均与块体材料相当, 但是材料用量却极大减少. 本文总结了一维半导体纳米材料在太阳能转换领域的最新研究进展, 包括用于减反射、光吸收、少子扩散与收集等. 从近年研究进展看, 一维半导体纳米材料在高效低成本利用太阳能电池方面前景广阔.

Qiong Wang, Hongjun Chen, Gang Liu, Lianzhou Wang

Control of organic-inorganic halide perovskites in solid-state solar cells: a perspective

Science Bulletin, 2015, 60(4):405-418

新型固态太阳能电池中对有机-无机钙钛矿材料的调控

近年来, 有机-无机钙钛矿太阳能电池得到了迅猛的发展, 其光电转化效率从2009年的3.8%提高至2014年底的20%左右. 本文首先介绍了有机-无机钙钛矿材料的光学和电学特性, 以及钙钛矿电池的结构和组成. 随后, 重点列举了一些制备有机-无机钙钛矿层的新颖、简洁、有效的方法, 以及这些制备方法对钙钛矿层的形貌和电池性能产生的影响. 此外, 总结了对钙钛矿材料本身的修饰, 包括对有机官能团的调控和对卤素的选择, 及其对晶体结构和电池工作情况的影响. 同时, 归纳了几种无铅钙钛矿在用作太阳能电池中的吸光剂时的优劣性. 最后, 探讨了提高钙钛矿电池的光电转化效率的方向, 以及提高其稳定性的解决方法.

Keqing Zheng, Meng Ni

Reconstruction of solid oxide fuel cell electrode microstructure and analysis of its effective conductivity

Science Bulletin, 2016, 61(1):78-85

固体氧化物燃料电池电极的微观结构重构及有效电导率计算

电极有效电导率是预测固体氧化物燃料电池(SOFC)电极内欧姆损失的一个重要参数. 本文采用数值计算的方法研究了SOFC电极内的有效电导率. SOFC多孔电极采用随机球堆积程序构建, 电极烧结过程采用电极颗粒原位膨胀的方法模拟. 基于所构建的电极, 本文研究了不同电极材料组分、孔隙率、颗粒大小以及接触角对电极有效电导率的影响. 结果表明, 电极内传导相的有效电导率比值(σ_eff/σ₀)主要由该相在电极内的体积分数(VF)决定. VF值越大,σ_eff/σ₀值越高. 此外, 增加电极颗粒尺寸以及电极颗粒间的接触角也有利于电极有效电导率的提高. 最后, 通过将计算结果与传统渗流模型对比发现, 传统渗流模型高估了电极的有效电导率. 将传统渗流模型中的Bruggeman factor从1.5 调整至2.7可以提高该模型预测的准确度. 本文工作有助于理解SOFC复合电极微结构与电极有效性质之间的关系, 并为电极优化提供理论依据.

Nedjeljko Seselj, Christian Engelbrekt, Jingdong Zhang

Graphene-supported platinum catalysts for fuel cells

Science Bulletin, 2015, 60(9):864-876

用于燃料电池的石墨烯铂催化剂

可再生能源的开发利用是能源发展的方向. 燃料电池在寻求用于替代不可再生能源的新技术过程中, 日益得到关注. 本文综述了近年来燃料电池催化剂的研究进展, 重点介绍了石墨烯铂催化剂. 石墨烯是一种有潜力的铂催化剂载体, 可以提高铂催化剂的性能, 使其具有更高的催化剂负载量、良好的电催化性能和稳定性，并展望了非铂催化剂, 如微生物燃料电池的发展方向.

Liang An, Tianshou Zhao, Xiaohui Yan, Xuelong Zhou, PengTan

The dual role of hydrogen peroxidein fuel cells

Science Bulletin, 2015, 60(1):55-64

过氧化氢在燃料电池中的应用与展望

发展新的能源技术是解决全球能源与环境问题的关键. 作为新一代能源转换技, 燃料电池可将燃料中的化学能直接转换为电能, 它是一种高效、清洁的能源转换系统, 必将在未来得到广泛应用. 燃料电池需要氧气作为氧化剂, 为此在诸如太空、水下等无氧环境中, 电池系统需要携带高压氧气储存系统. 因此, 常压下液态过氧化氢已经被广泛地应用在燃料电池中代替气态氧作为氧化剂. 另外, 过氧化氢还可以在燃料电池中通过氧化反应释放电子, 从而可以作为燃料. 本文着重介绍了过氧化氢燃料电池的最新进展, 包括工作原理、系统设计、及电池性能, 并展望了今后的研究方向.

Jingjing Zhang, Aishui Yu

Nanostructured transition metal oxides as advanced anodes for lithium-ion batteries

Science Bulletin, 2015, 60(9):823-838

锂离子电池界面物理化学过程的原位扫描探针显微研究

锂离子电池的电极/电解液界面过程和性质对电池的性能起着至关重要的作用. 本文综述了近年来原位扫描探针显微技术在锂离子电池界面研究中的应用进展, 着重介绍了电化学原子力显微镜(EC-AFM), 扫描电化学显微镜(SECM)和扫描离子电导显微镜(SICM)在电极界面的形貌、力学性质和电化学性质等方面的研究技术和方法. 此外, 还讨论了适合于开展原位扫描探针研究的电极样品的制备方法. 最后对扫描探针显微技术在从纳米尺度研究锂离子电池电极界面物理化学过程的前景进行了展望.

Xingrui Liu, Dong Wang, Lijun Wan

Progress of electrode/electrolyte interfacial investigation of Li-ion batteries via in situ scanning probe microscopy

Science Bulletin, 2015, 60(9):839-849

纳米结构过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料

为了满足锂离子电池的更高能量/功率密度、更长循环寿命、更好安全性能的发展需求, 对于碳负极以外的新型负极材料的探索越来越重要. 其中, 过渡金属氧化物由于具有较高的理论比容量、较好的安全性能、储量丰富和对环境友好等优点而有望成为新一代高能量锂离子电池负极材料. 本综述探讨了包括Fe₂O_3, Fe₃O₄, Co₃O₄, CoO, NiO, MnO, Mn₂O₃, Mn₃O_4, MnO₂, MoO₃, Cr₂O₃和Nb₂O₅在内的过渡金属氧化物及一些二元氧化物, 如NiCo₂O_4, ZnCo₂O₄, MnCo₂O₄和CoMn₂O₄的最新研究进展. 对改善过渡金属氧化物电化学性能的纳米化及合成复合材料的方法进行了总结和分析. 同时, 关于黏结剂的选择及热处理手段对电化学性能的影响也进行了讨论及研究.

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