上海交通大学讲席教授黄富强团队、清华大学助理教授董岩皓团队将三元电池材料浸入可乐中，发现二氧化碳气泡会定向包裹三元电池材料颗粒，形成部分锂离子空位，将地球储量丰富的钙离子填充进空位后生成的表面钝化层可大幅提升正极材料的稳定性，缓解锂离子电池能量焦虑。该成果近期发表于国际学术期刊《先进材料》。 黄富强介绍，在可乐中插入一根纸吸管，饮料中的气泡会加剧产生、甚至溢出。这是因为粗糙的纸吸管表面为可乐中的二氧化碳提供了丰富的成核位点，在微观结构中形成了连续的二氧化碳膜。 利用该原理，团队用三元电池材料取代纸吸管，其粗糙表面也会为二氧化碳气泡提供丰富的成核位点，促进二氧化碳气泡与三元电池材料的化学反应，从而生成表面高度均匀的“碳酸锂基底层”并留下一些锂离子空位，研究人员将这一过程称为“气泡靶向封装”。 团队研究发现，“碳酸锂基底层”还是室温下掺杂各种金属离子的优良基底。以地球储量丰富的钙为例，将钙离子掺杂进“碳酸锂基底层”，部分锂离子空位会被填充形成具有极高弹性的含钙离子的碳酸锂“表面钝化层”。“表面钝化层”不仅有助于抵抗三元正极界面间的副反应，抑制氧气的析出，减少材料相变，提升正极材料的稳定性，还能作为“缓冲器”，缓解电池材料外表面与内部晶界的应力，系统提升电池能量密度。 团队引入“堆积因子”计算模型，用于指导弹性“表面钝化层”的构建。“堆积因子”简单讲，就是材料的实际体积除以所占空间体积。堆积因子的数值越低，意味着材料晶体结构的堆积越松散，表面钝化层的弹性越高。计算结果证实，钙、铝、锶、稀土离子都是堆积因子较低、能构建出理想的超高弹性表面钝化层的优异掺杂离子。 电池测试表明，三元锂电在1C倍率、100次循环后，容量保持率高达91.2%;当电压进一步提升至4.8V时，三元锂电正极材料可拥有918Wh/kg的超高能量密度和100次循环后89.5%的优异容量保持率，优于市场主流高镍/超高镍正极材料。将“气泡靶向封装+表面钝化”界面改性技术进一步推广，研究团队发现，不仅三元锂电正极材料可以适用于该界面改性技术，钴酸锂、富锂锰等具有超高能量密度潜力的层状正极锂电材料均可适用。 查看详细>>

钙钛矿太阳能电池具有优异的光伏性能和低成本溶液加工性能，具有广阔的应用前景。钙钛矿活性层和相关电荷传输层是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，对电池的光伏性能和稳定性起着重要作用。因此，开展电荷传输材料的研究对于推动钙钛矿电池的发展具有积极意义。 近年来，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组在钙钛矿太阳能电池高质量薄膜及高性能器件制备方面取得系列进展。近期，该课题组在钙钛矿电池中电子传输材料研究方面取得新进展。常规的钙钛矿电池一般使用N-型无机氧化物半导体如二氧化钛、二氧化锡等作为电子传输层。这种溶液涂布的无机半导体一般需要高温热处理工艺，不利于柔性电池的制备。同时，这些无机半导体对紫外光敏感，影响钙钛矿电池的光伏性能和稳定性。该研究采用原位环化聚丙烯腈作为电子传输层，取代传统的无机氧化物半导体制备高效和稳定的钙钛矿电池。科研人员将聚丙烯腈溶液涂布到导电玻璃基底上，通过热处理原位形成环化聚丙烯腈薄膜。这种原位环化聚丙烯腈覆盖度好，表现出良好的电子传输性能。基于这种环化聚丙烯腈电子传输层的钙钛矿电池呈现出良好的光伏性能和稳定性。 相关研究成果发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和北京市自然科学基金委员会的支持。 查看详细>>

英国剑桥大学研究人员开发出一种可以大规模回收再生水泥的新方法，还能显著减少二氧化碳排放。这种方法如果能广泛应用，有望在向净零排放的转型过程中发挥重要作用。 刊发在新一期英国《自然》杂志的这项研究指出，水泥是重要的建筑材料，也是温室气体排放的重要来源。水泥由石灰石(碳酸钙)和黏土在窑中高温烧制而成，这一过程产生了全球7.5%的人为二氧化碳排放。水泥需求量很大，又很难回收再生，降低其生产中的二氧化碳排放是一大挑战。 剑桥大学研究人员发现，将废水泥加入废钢铁重熔工艺中可以解决这个难题。钢铁是全球回收再生率最高的材料之一，废钢铁加入生石灰等材料在电弧炉中重熔可以得到新的钢。生石灰起到去除废钢铁中杂质的作用，生产后会成为废炉渣。 研究人员说，如果用废水泥部分替代生石灰加入电弧炉，再添加少量氧化物材料，就可一举两得：一方面回收了钢铁，一方面废水泥在此过程中最终生成新的活性水泥。 他们在英国开展的小规模测试表明，用废水泥添加氧化铁的组合效果最好，如果比例得当且冷却足够快就能得到活性水泥。虽然这样生成的水泥相比传统水泥含铁量更高，但研究人员表示这对水泥的性能影响不大。 研究人员表示，这种方法不会增加水泥或钢材的生产成本，而且能有效降低水泥和钢材生产中的碳排放量。如果电弧炉用可再生能源供电，这种方法最终可以生产出零碳排放的水泥。他们计划不久后进行更大规模的试生产。 查看详细>>

近日，我国科研团队在钙钛矿发光二极管（LED）研究领域取得重大突破。通过加快辐射复合速率，显著提高荧光量子效率，使钙钛矿LED外量子效率突破30%大关，接近实现产业化水平。相关研究成果的论文日前在国际学术期刊《自然》发表。 钙钛矿半导体材料的LED是一类新兴的薄膜LED，具有加工工艺简便、高亮度高效率等特性，近年来在光电器件研究领域备受瞩目，成为全球新型发光与显示技术竞争的焦点。 近年来，西北工业大学柔性电子研究院、柔性电子国家基础（前沿）科学中心首席科学家、中国科学院院士黄维和南京工业大学柔性电子（未来技术）学院教授王建浦（现任常州大学副校长）领衔的创新团队，在钙钛矿LED研究方面取得一系列创新成果。 钙钛矿发光材料有三维、低维之分，其中三维钙钛矿最有潜力实现高亮度下的高效率发光，对未来发光显示技术实现产业化意义重大。然而，三维钙钛矿LED外量子效率普遍停留在20%左右，整体性能提升遭遇瓶颈。 为解决三维钙钛矿材料荧光量子效率提升这一世界性难题，该团队另辟蹊径，创造性地提出了一种通过调控晶体生长的方法，以生成辐射复合速率更快的钙钛矿晶相，从而显著提高了荧光量子效率的新工艺。 “团队运用这一创新性方法成功地保持了三维钙钛矿的亚微米结构，使得器件的光提取效率不受影响，达到了双管齐下的效果。由此实现了96%的荧光量子效率和32%的光提取效率，并进一步制备出外量子效率超过30%的高效钙钛矿LED。”王建浦教授介绍说。 谈及钙钛矿LED的发展，黄维院士表示，“这一重大突破进一步彰显了基于钙钛矿半导体材料的薄膜LED技术的巨大潜力，必将推动基于钙钛矿LED的显示技术的产业化步伐。同时，预示着其在高效绿色照明领域的广泛应用前景。” 查看详细>>