本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，特別涉及一種集成一體式純光充電電池的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)、人工智能設(shè)備和可穿戴自供電小型電子產(chǎn)品的發(fā)展，集成一體式光充電電池(integrate-prbs：iprbs)吸引了國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。這種先進(jìn)的iprbs系統(tǒng)，通過(guò)直接將具有光電轉(zhuǎn)換功能的半導(dǎo)體光電極整合到可充電儲(chǔ)能裝置中，大幅提高了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的理論效率。盡管如此，開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的集成一體式光充電電池(iprbs)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。其中光電極的能帶位置與電池的氧化還原電位不匹配是導(dǎo)致電池光電轉(zhuǎn)換效率低的重要原因。因此，在大多數(shù)現(xiàn)有報(bào)道的文獻(xiàn)中，這種iprbs的實(shí)際應(yīng)用限制在光輔助充電中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的僅依靠光源完成充電的過(guò)程。

2、金屬鹵化物，因其具備合適的能帶結(jié)構(gòu)以及良好的光電響應(yīng)是一類(lèi)常見(jiàn)的光催化劑。特別地，鹵化銀(agx?x＝cl、br、i)在光激發(fā)下，能夠產(chǎn)生大量的光生電子-空穴對(duì)，且具有較高的分離效率，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中。然而，如何利用金屬鹵化物優(yōu)良的光電性能來(lái)設(shè)計(jì)一種雙功能電極以實(shí)現(xiàn)電池僅依靠光源實(shí)現(xiàn)充電仍是一大難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種僅依靠光源完成電池充電的純光充電電池。

2、本發(fā)明另一目的在于提供上述純光充電電池的制備方法。

3、本發(fā)明再一目的在于提供上述純光充電電池的應(yīng)用。

4、本發(fā)明的目的通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)：

5、一種純光充電電池，其包括正極和負(fù)極，其中正極活性物質(zhì)為鹵化銀，負(fù)極活性物質(zhì)為鹵化亞銅；

6、所述的鹵化銀為碘化銀、氯化銀和溴化銀中的一種，優(yōu)選為agi；

7、所述的鹵化亞銅為碘化亞銅、氯化亞銅和溴化亞銅中的一種，優(yōu)選為cui。

8、所述的純光充電電池還包括電解液，其中電解液為碘化鉀-乙二醇溶液、碘化鉀-乙醇溶液、碘化鉀-水溶液中的一種，優(yōu)選為碘化鉀-乙二醇溶液；其中碘化鉀的濃度為0.5-2m。

9、所述的純光充電電池還包括隔膜，其中隔膜為玻璃纖維隔膜、聚丙烯膜、陰離子交換膜的一種，優(yōu)選為玻璃纖維隔膜。

10、所述的純光充電電池優(yōu)選為純太陽(yáng)光光充電池。

11、一種純光充電電池的制備方法，其包括以下步驟：

12、(1)將鹵化銀粉末、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑混合，研磨得到漿料，將漿料涂覆于集流體上，干燥，得到純光充電池的光電正極；

13、(2)將鹵化亞銅粉末材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑混合，研磨得到漿料，將漿料涂覆于集流體上，干燥，得到所述純光充電池的負(fù)極；

14、(3)將步驟(1)得到的正極、步驟(2)得到的負(fù)極、電解液和隔膜組裝，得到純光充電池。

15、步驟(1)中所述的鹵化銀粉末優(yōu)選為通過(guò)以下方法制備得到：將硝酸銀溶液和鹵化鉀溶液(或鹵化氫溶液)混合，充分?jǐn)嚢杈鶆颍频名u化銀材料；其中硝酸銀和鹵化鉀(或鹵化氫)的摩爾比為1:1；充分?jǐn)嚢杈鶆蚴侵冈谑覝叵聰嚢?.5-1h；

16、步驟(1)中所述的集流體為碳布、碳紙、泡沫鎳中的一種，優(yōu)選為碳布。

17、步驟(1)中所述的導(dǎo)電劑為炭黑(cb)、碳納米管(cnts)、氧化石墨烯(rgo)中的至少一種；步驟(1)中所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯醇、聚乙烯酮中的至少一種；步驟(1)中所述的溶劑為n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的至少一種。

18、步驟(1)中所述的鹵化銀粉末、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比為6-8：2-1：2-1，優(yōu)選為8:1:1；

19、步驟(1)中活性物質(zhì)鹵化銀粉末在碳布上的負(fù)載量為1.1-1.5mgcm-2。

20、步驟(2)中所述的鹵化亞銅粉末優(yōu)選為由以下方法制備得到：將硝酸銅溶液和鹵化鉀溶液(或鹵化氫溶液)混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得鹵化亞銅材料；其中硝酸銅和鹵化鉀(或鹵化氫)的摩爾比為1:1；充分?jǐn)嚢杈鶆蚴侵冈谑覝叵聰嚢?.5?-1h；

21、步驟(2)中所述的集流體為碳布、碳紙、泡沫鎳中的一種，優(yōu)選為碳布。

22、步驟(2)中所述的導(dǎo)電劑為炭黑(cb)、碳納米管(cnts)、氧化石墨烯(rgo)中的至少一種；步驟(2)中所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯醇、聚乙烯酮中的至少一種；步驟(2)中所述的溶劑為n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的至少一種。

23、步驟(2)中所述的鹵化亞銅粉末、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比為6-8：2-1：2-1，優(yōu)選為8:1:1。

24、步驟(1)中活性物質(zhì)鹵化亞銅粉末在碳布上的負(fù)載量為1.3-1.7mgcm-2。

25、步驟(1)和步驟(2)中所述的干燥優(yōu)選為真空干燥，真空干燥的溫度均為50-65℃。

26、步驟(3)中所述的組裝優(yōu)選為按照以下順序進(jìn)行組裝：負(fù)極殼→負(fù)極→隔膜→正極→帶孔墊片→彈片→正極殼；

27、步驟(3)中所述的正極殼優(yōu)選為8mm玻璃片封口的帶孔正極殼，具體通過(guò)以下方法制備得到：正極電池殼激光打孔5mm直徑小孔，點(diǎn)涂uv膠水，粘貼8mm直徑玻璃片。于紫外燈下照射，膠水干燥即可使紐扣電池正極形成密閉環(huán)境。

28、本發(fā)明的機(jī)理為：

29、根據(jù)光催化熱力學(xué)理論分析，iprbs體系中只有當(dāng)半導(dǎo)體光催化劑的導(dǎo)帶(cb)和價(jià)帶(vb)完全跨越氧化還原電位，才能實(shí)現(xiàn)完全依靠光電極進(jìn)行光充電儲(chǔ)能。但由于金屬陽(yáng)極的氧化還原電位比大多數(shù)半導(dǎo)體材料的cb更負(fù)，理論上iprbs均需要有外部電壓存在的前提下才能實(shí)現(xiàn)光充電儲(chǔ)能過(guò)程。

30、本發(fā)明提出構(gòu)建agi-cui全電池體系，在動(dòng)力學(xué)上滿(mǎn)足僅靠光源來(lái)實(shí)現(xiàn)充電的過(guò)程。電池負(fù)極活性物質(zhì)為cui，在充放電過(guò)程中主要發(fā)生以下反應(yīng)：cui+e-+ag+→agxcu1-xi。

31、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

32、傳統(tǒng)光輔助電池因受到熱力學(xué)上的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全依靠光能充電。本發(fā)明構(gòu)建了一種集成一體式純光充電電池體系，將具有高效光電轉(zhuǎn)換特性的鹵化銀光電極，與可充電儲(chǔ)能組件進(jìn)行有機(jī)整合。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從光能到電能再到化學(xué)能的高效轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，達(dá)成真正意義上的兩電極體系純光充電，為開(kāi)發(fā)新型高效、便捷的能源存儲(chǔ)裝置開(kāi)辟了新方向。

技術(shù)特征：

1.一種純光充電電池，其包括正極和負(fù)極，其特征在于：正極活性物質(zhì)為鹵化銀，負(fù)極活性物質(zhì)為鹵化亞銅。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純光充電電池，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純光充電電池，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純光充電電池，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純光充電電池，其特征在于：

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的純光充電電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純光充電電池的制備方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純光充電電池的制備方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純光充電電池的制備方法，其特征在于：

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純光充電電池的制備方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，公開(kāi)了一種集成一體式純光充電電池的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。所述的純光充電電池，其包括正極和負(fù)極，其中正極活性物質(zhì)為鹵化銀，負(fù)極活性物質(zhì)為鹵化亞銅。本發(fā)明構(gòu)建了一種集成一體式純光充電電池體系，將具有高效光電轉(zhuǎn)換特性的鹵化銀光電極，與可充電儲(chǔ)能組件進(jìn)行有機(jī)整合。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從光能到電能再到化學(xué)能的高效轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，達(dá)成真正意義上的兩電極體系純光充電，為開(kāi)發(fā)新型高效、便捷的能源存儲(chǔ)裝置開(kāi)辟了新方向。

技術(shù)研發(fā)人員：楊思源,黃莉莎,戴華俊,薛政濤,林光禹,高瓊芝,蔡欣,張聲森,方岳平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8