Multiplying Light Harvest Driven by Hybrid‐Reflections 3D Electrodes Achieves High‐Availability Photo‐Charging Zinc‐Ion Batteries

材料科学 电极 光电子学 电化学 电压 储能 平面的 离子 可再生能源 纳米技术 电气工程 功率(物理) 计算机科学 工程类 物理化学 计算机图形学(图像) 化学 物理 量子力学
作者
Minggang Zhang,Longkai Pan,Zhipeng Jin,Xiao Wang,Hui Mei,Laifei Cheng,Litong Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (15) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/aenm.202204058
摘要

Abstract Independent photo‐charging technologies based on aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) are promising candidates for next‐generation renewable energy systems. The conflict between light utilization and electrochemical performance in the planar electrode severely limits the availability of photo‐charging ZIBs. Herein, 3D light‐trapping structures (LTSs) are proposed and applied in a rigid VO 2 /C@SiCuOC electrode. A hybrid‐reflection effect driven by LTSs is employed to improve light‐harvesting efficiency. The suitable energy levels of VO 2 and C ensure charge transport, while the rigid SiCuOC support meets the stability requirements. Such a 3D VO 2 /C@SiCuOC electrode exhibits a multiplying photo‐response current density of 42.2 µA cm −2 (≈400% of the plate) and delivers a higher energy density (0.19 mWh cm −2 at 0.51 mW cm −2 ). More importantly, in a realistic environment (dark for 16 h and light for 8 h), the photo‐charging ZIBs integrated into a roof exhibit an exciting open circuit voltage of 3.176 V (three in series) and supply electricity continuously. The high strength (over 9 MPa) of the photo‐charging ZIBs inherited from the 3D rigid electrode further enables its practical application. The enhanced performance of the photo‐charging ZIBs obtained from structural optimization provides unique inspiration for next‐generation clean energy harvest/storage systems.
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