最新Joule:崔屹、楊培東、黃雲輝、朱嘉、黃勁松、李泓等大牛成果...

01

楊培東團隊：密堆積納米線細菌雜化材料用於高效人工光合作用

微生物電化學和光電化學CO2固定（其中還原CO2的微生物直接與陰極材料接觸）代表了可持續燃料生產的有前途的方法。儘管已投入大量精力來優化微生物種類和電極材料，但尚未系統地研究微生物-陰極界面。加州大學伯克利分校楊培東院士通過對界面的系統研究，優化了矽納米線/ 卵形孢子體系統的CO2還原速率。調節整體電解質的pH值，可以增加其緩衝能力，有助於形成緊密堆積的納米線-細菌陰極。因此，該密堆積雜化雜化材料可實現0.65 mA cm 2的二氧化碳還原電流密度。。當與光伏設備配合使用時，該系統可以在7天內以約3.6％的效率將太陽能轉化為醋酸鹽。

Close-Packed Nanowire-Bacteria Hybrids for Efficient Solar-Driven CO2Fixation,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.001

02

李泓等：金屬鋰與鋰固體電解質的熱穩定性

全固態鋰金屬電池被認為是有前途的下一代電池系統。雖然已知傳統鋰離子電池的熱失控會造成安全隱患，但對高反應性金屬鋰（Li）與不易燃陶瓷固體電解質（SEs）構成的熱問題的研究較少，這對於所有人的安全至關重要。中科院物理研究所、國科大、長三角物理研究中心禹習謙研究員，李泓研究員，馬裡蘭大學莫一非使用加速量熱儀（ARC）量化了具有金屬Li的四個普遍氧化物SE（NASICON型LAGP，Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3（ LATP），鈣鈦礦型Li3xLa2/3-xTiO3（LLTO）和石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZO））的熱穩定性。在ARC測試中，當與Li接觸時，對於四個廣泛使用的SE觀察到熱失控，而石榴石與Li則沒有明顯的熱釋放。結果發現在高溫下SEs產生的氧氣是Li熱逃逸的原因。

The Thermal Stability of Lithium Solid Electrolytes with Metallic Lithium,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.012

03

黃勁松：刮塗法製備26％效率的鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池

將鈣鈦礦整合到紋理化的矽上可提供通往30％串聯太陽能電池的途徑。然而，從在典型的金字塔高度為3–10 μm的紋理化矽上溶液法沉積0.5–1μm厚的鈣鈦礦層仍然是一個巨大挑戰。北卡羅來納大學教堂山分校的黃勁松,陳波，於徵汕和亞利桑那州立大學Zachary C.Holman團隊提出了一種新的疊層架構，該架構可對鈣鈦礦進行大面積刮塗製備，以保證在金字塔形的矽上連續沉積小於1 μm鈣鈦礦薄膜。這些金字塔的粗糙程度可以有效地散射矽中的光，平滑的表面可以滿足對鈣鈦礦薄膜進行固溶加工。氮氣輔助刮刀工藝（1.5 m/min的速度沉積）製備空穴傳輸層和平坦化鈣鈦礦層，這可以完全覆蓋紋理化矽片。通過在疊層的頂部添加紋理化的光散射層以減少前表面反射率，研究人員獲得了鈣鈦礦/矽串聯電池，其對紋理化的矽的效率為26％。

Blade-Coated Perovskites on Textured Silicon for 26%-Efficient Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells,https://doi.org/10.1016/j.joule. 2020.01.008

04

朱嘉：3D互連多孔碳泡沫可實現超過10 kg m-2h-1的蒸發速率

使用可再生能源蒸發水的最新進展為以最小的碳足跡處理水提供了有希望的途徑之一。追求高水蒸發率一直是該領域的重點，因為它與蒸發水處理的生產量直接相關。但是，在傳統的蒸發器設計中，蒸汽擴散到大氣環境中一直是蒸發的限制步驟。南京大學朱嘉團隊證明了具有三維互連多孔結構的碳泡沫能夠使對流中的蒸汽充分擴散，因此實現高達10.9 kg m-2h-1的蒸發速率和42.0 kg m-2的室外蒸發，並且持續13小時。如此高的蒸發率顯示了高通量，全天候且環保的蒸發廢水處理技術的廣闊前景。

Over 10 kg m 2h 1Evaporation Rate Enabled by a 3D Interconnected Porous Carbon Foam,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.02.014

05

崔屹：鋰金屬主負極的彎曲效應

鋰（Li）金屬是鋰電池的最終陽極材料，因為它在所有候選材料中的容量最高。最近的研究集中在穩定的相間和基質材料上，以解決其低穩定性和可逆性的問題。史丹福大學崔屹教授發現曲折度是影響承載鋰陽極的形態和電化學性能的關鍵參數。作者分別使用三種不同彎曲度的主體結構，即：彎曲度分別為4.46的水平排列組合的還原氧化石墨烯（rGO）電極，1.25的垂直排列rGO電極，以及1.76的隨機排列的rGO電極，顯示出較高的電極彎曲度會導致電極表面局部電流高，從而導致Li在電極表面上優先大量沉積並降低了循環性能。相反的是，彎曲度低的垂直排列rGO電極，可實現均勻的Li+傳輸和在整個電極上緻密沉積，從而大大提高了循環穩定性。利用這種低彎曲度的主體結構構造原理，所設計的電極在大電流和大容量循環條件下均顯示出均勻形貌，以及實現高達約99.1％的庫倫效率。

Tortuosity Effects in Lithium-Metal Host Anodes,https://doi.org/10.1016 /j.joule.2020.03.008

06

黃雲輝：攪拌自分層電池用於大規模儲能

大型儲能電池對於有效利用間歇性可再生能源（例如風能和太陽能）至關重要。為了降低電池製造成本，華中科技大學黃雲輝教授、沈越教授課題組提出了一種具有重力驅動的自分層結構的最小化攪拌電池，該結構的底部包含一個鋅負極，中間包含一種水系電解質，頂層為有機正極電解液。由於溶解度差異，正氧化還原物質嚴格限制在上層有機正極電解液中。因此，即使在攪拌電池以實現高速率充放電時，也消除了自放電。而且，該電池本質上避免了電極劣化和其他類型電池遭受的與膜穿透有關的故障。因此，它顯示出優異的循環穩定性，這對於長期儲能是有希望的。

A Stirred Self-Stratified Battery for Large-Scale Energy Storage,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.011

07

香港城市大學：22.31%，烷基銨調節倒置鈣鈦礦太陽能電池的缺陷和界面

p-i-n型的鈣鈦礦太陽能電池（PVSC）由於具有低溫可加工性，因此在柔性光伏和全鈣鈦礦或Si-鈣鈦礦多結太陽能電池中具有巨大的潛力。然而，p-i-n型的PVSC最新效率受到非理想界面複合和電荷提取損失的困擾。為了解決這些挑戰，香港城市大學朱宗龍和Alex .K.-Y. Jen採用了較大的烷基銨中間層（LAI）來減少在傳輸層和鈣鈦礦之間發生的能量損失。與報導的底部或頂部表面鈍化策略相比，使用LAI可以同時抑制鈣鈦礦頂部和底部界面的非輻射能量損失。結果，降低的表面複合速度和陷阱態密度使得鈣鈦礦的光帶隙為1.59 eV，光電壓從1.12 V大幅提高到1.21 V ，最佳功率轉換效率（PCE）可達22.31％，這是目前報導的倒置PVSC的最高效率之一。

Modulation of Defects and Interfaces through Alkylammonium Interlayer for Efficient Inverted Perovskite Solar Cells,https://doi.org/10.1016/j.joule. 2020.04.001

08

結構工程緩解鈣鈦礦太陽能電池由真空和照明引起的降解

鈣鈦礦太陽能電池（PSC）具有高的比功率，高的堆垛包裝效率，低的處理成本以及對環境威脅（高能量和帶電粒子輻射）的高度耐受性，是空間發電的有希望的候選者。然而，在太空中遇到的真空會導致鈣鈦礦除氣，引起對其長期穩定性的關注。瑞士聯邦材料科學與技術實驗室Yan Jiang，Fan Fu等人研究發現，由於鈣鈦礦相變和離子加速，將壓力從9×104Pa降低到5×103Pa，PSC（ITO/SnO2/鈣鈦礦/Spiro-MeOTAD/Au）降解速度加快了十倍。鈣鈦礦頂部層的氣體滲透性以及電荷傳輸層和相關界面處的離子移動引起的化學反應是兩個關鍵因素。因此，開發了一種PSC結構（ITO/PTAA/鈣鈦礦/PCBM/ZnO/AZO/[Ni/Al網格]），可有效緩解真空和光照誘導的降解途徑。在5×103Pa的100 mW cm-2照度下，使PSC能夠實現0.007％/h的低PCE損失率，在最大功率點工作超過1,037 h。

Mitigation of Vacuum and Illumination-Induced Degradation in Perovskite Solar Cells by Structure Engineering,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.017

華算科技專注理論計算模擬服務，是唯一擁有VASP商業版權及其計算服務資質和全職技術團隊的計算服務公司，提供全程可追溯的原始數據，保證您的數據準確合法，拒絕學術風險。

目前我們已經完成超過500個服務案例，客戶工作在JACS、Angew、AM、AEM、Nano Energy、Nature子刊、Science子刊等知名期刊發表。