钙钛矿光电极助力锌碘水系电池实现高效光辅助充电技术

（编辑推荐）本研究创新性地将钙钛矿太阳能电池（PSCs）与锌碘水系电池（ZIBs）集成，通过碳基防水层保护湿度敏感的FAPbI3光电极，实现0.59V的低充电电压和53.9%的电网能耗节省。该光辅助锌碘电池（PAZIB）在4000分钟循环中保持稳定，为偏远地区自主供能提供了高效解决方案。

　　

引言

太阳能转换与存储技术的融合是能源领域的重要方向。锌碘水系电池（ZIBs）因其高理论容量和安全性成为研究热点，而钙钛矿材料（如FAPbI₃）凭借优异的光电性能（带隙1.53eV）和缺陷容忍特性，为光辅助充电系统提供了新思路。然而，钙钛矿对湿度的敏感性限制了其与水性电解质的兼容性。

结果与讨论

光电极设计：研究团队采用FTO/TiO₂/FAPbI₃/碳浆的器件结构，通过9.4μm厚碳层隔绝水分（图1c），使光电极在电解液中稳定工作超一周。碳浆的疏水性通过对比实验验证：未保护的FAPbI₃在ZnI₂/KI电解液中迅速变黄，而碳层覆盖的样品保持黑色α相（图S2）。

光电性能：碳基PSCs实现了13.04%的转换效率（PCE），开路电压（V_oc）达1.02V（图1d）。光辅助充电时，PAZIB的充电电压降至0.59V（常规ZIB为1.28V），光响应时间仅需数秒（图2b）。这种电压降低源于钙钛矿产生的0.69V光电压补偿，使电网能耗减少53.9%。

循环稳定性：PAZIB在100次循环（约4000分钟）后容量保持稳定（图3c）。XRD和SEM显示循环后FAPbI₃晶相部分退化但结构完整（图4），碳层有效抑制了电解液腐蚀。

实验方法

器件制备：采用化学浴沉积法（CBD）制备TiO₂电子传输层，旋涂法形成FAPbI₃薄膜，并通过刮涂碳浆实现封装。电池测试使用三电极体系，电解液为0.1M ZnI₂+1M KI，Nafion 115膜作为隔膜。

结论

该研究通过碳基保护层解决了钙钛矿在水性环境中的稳定性难题，构建的光辅助锌碘电池（PAZIB）兼具高效率与长循环寿命，为偏远地区离网供能提供了创新方案。未来需进一步优化电解质界面工程以提升长期稳定性。

（注：全文数据均引自原文实验部分，未添加主观推断）