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由于现代社会能源需求的急剧增加和当前化石燃料的有限供应,追求高效并且经济的替代能源已成为科学家的中心任务。太阳光由于其丰富的供应和对环境最低限度的负面影响已被认作为是最具有前途的可持续发展能源之一。在过去的几十年中,关于太阳能的利用已经取得了重大成就,其中基于光伏太阳能电池实现太阳能到电能的转化是利用太阳能最成熟的技术之一。然而,由于太阳能间歇性、分散性的特性,研究者们面临着电网稳定和安全的挑战。研究者广泛的开发和尝试新的储能技术来缓解电网的日常波动,比如将太阳能发电设配与储能器件相连接,或与燃料电池相连接进一步进行化学燃料的转换。在这方面,通过共用氧化还原活性物质将光电转化器件与二次储能电池集合到一个设备中的策略,直接实现太阳能的转化与储存,受到研究者的广泛关注。本文针对光伏太阳能电池的不足,借鉴二次电池储能原理,构筑了集太阳能转化与储存为一体的新型光充电电池体系,验证了光充电的可行性,探究了此类电池的光充电与电化学放电性能,并对这种新型的太阳能充电电池的设计提出了新的思路。工作内容概括为以下三点:(1)使用传统水热法,钛酸四异丙酯作为钛源,在FTO玻璃基底上原位生长了金红石TiO2纳米棒作为光电阳极,该催化剂拥有较大的比表面积,光滑的棒状结构使光生载流子的传输无任何阻碍,很大程度上抑制光生电子与光生空穴的复合,对于提升载流子利用率意义重大。纳米棒的长度均匀,大概在2微米左右,这样的厚度减少光透过率,保证了光电阳极对太阳光的吸收。(2)KBr/K3[Fe(CN)6]光充电液流电池的构筑与性能研究。以TiO2纳米棒为光电阳极,KBr作为正极的活性物质,K3[Fe(CN)6]作为负极活性物质。验证了光充电的可行性,并探究了其光充电与电化学放电性能。研究结果证实,在模拟太阳光的照射下,光激发光电阳极产生光生空穴和光生电子,光生空穴将KBr氧化为KBr3,光生电子将K3[Fe(CN)6]还原为K4[Fe(CN)6],从而将太阳能转化并储存为化学能。模拟太阳光照射30分钟,电池的开路电压达0.58 V,放电电流密度为0.017 mA/cm2时,光充电电池的首次放电容量为0.269 mAh,当放电电流密度增加到0.1 mA/cm2时,电池的放电容量为0.136 mAh,是最大放电容量的51%。光充电与电化学放电循环五次时,电池的放电容量为0.166 mAh,容量保持率为63%,显示出一定的循环能力,太阳能到输出电能的效率大约为0.06%。(3)KBr/CuCr-LDHs光充电电池的构筑与性能研究。以TiO2纳米棒为光阳极,KBr作为正极活性物质,铜铬水滑石作为负极活性物质。验证了其光充电的可行性,探究了光充电的充电方式以及光充电与电化学放电性能。充电过程中将光阳极与负极连接,在模拟太阳光的照射下,光阳极受激发产生光生电子与光生空穴,其中KBr被光生空穴氧化为KBr3,铜铬水滑石中二价铜被光生电子还原为一价铜,此过程中将太阳能转化并储存为化学能。经过半小时模拟太阳光的照射,电池的开路电压达到0.45 V,以0.017 mA/cm2的电流密度进行恒流放电时,电池的放电容量为0.024 mAh。当放电电流密度增加到0.067 mA/cm2,电池的容量降至0.015 mAh,是最大放电容量的62.5%。光充电与电化学放电循环五次时,电池的放电容量为0.018 mAh,容量保持率为75%,显示出良好的循环稳定性。