电池充电技术新突破：“光线充电”，快速高效！
导读
最近，韩国蔚山国家科学技术研究院（ UNIST）的科研团队基于高效的「硅太阳能电池和锂离子电池（LIBs）」，开发出了一种单片的、光充电的便携式移动电源，可用于便携式电子设备的充电。
技术关键字
创新背景
也许，很多朋友都会想象过，如果有一种移动电源，它能够高效利用太阳能，为我们的移动电子设备例如智能手机、智能手表等充电，那么我们就再也不用担心移动电源没电了，而又找不到充电插座给移动电源充电。
很简单，放太阳下晒晒就有电了。
之前，John 也介绍过不少关于太阳能电池方面的创新技术，例如：《新型柔性太阳能电池：像创可贴一样具有弹性》；《瑞士最新研究：心脏起搏器有望利用太阳能供电》；《新型纺织品利用太阳能和风能为可穿戴电子产品供电》；《太阳能电池：复制玫瑰花瓣表皮细胞 提高能量转化效率》等。
但是，个人认为，太阳能移动电源的大规模应用主要存在两个关键阻碍：
光电转化和存储的效率低
充电速度慢
创新探索
为了有效应对上述挑战，最近UNIST能源和化学工程系的 Sang-Young Lee 教授、Kwanyoung Seo 教授进行了创新探索和尝试，他们开发出了一种新型的单片集成的「便携式光伏电池系统」（称为“SiPV-LIBs”）。这项研究的论文发表于享誉世界的能源与环境科学杂志（EES）2017年4月的月刊。
左边是可充电电池图片，它可以在任何有光的地方充电。右边是Keun-Ho Choi, Sang-Young Lee教授, Kwanyong Seo教授, Inchan Hwang。
（图片来源于：UNIST）
这种最新开发的移动电源，不仅可在太阳光，而且还可以室内灯光下工作。只要有光线存在的地方，用户就可以随时随地给便携式电子设备充电。此外，即使在没有光线的情况下，这种新型设备也能给电气器件供电。
核心技术
在了解这项创新基本情况后，我们会很想了解其中的核心技术。
组成
该系统基于小型化的晶体硅太阳能光伏板（c-Si PV）和印刷的固态锂离子电池（LIBs）。
使用紫外光固化聚合物和胶带做成的c-Si PV模组的示意图
（图片来源于：UNIST）
工艺
该设备的制造使用了「薄膜印刷技术」，固态锂离子电池能够在高效的 c-Si PV 模组上直接进行印刷。
研究团队通过串联印刷工艺，利用c-Si PV模组的铝电极上的双极电解槽结构， 制造固态锂离子电池。
为了使得两种不同的能量系统之间的架构/电气连接变得天衣无缝，铝金属层不仅用作锂离子电池的集电器，而且也用作太阳能电池的电极。这样就使得电池充电时，没有能量损耗。
Seo 教授和他的团队采用的是一种「背面电极式」的太阳能电池设计，从而成功实现了一种无损的c-Si PV模组。如果使用单一连接的太阳能电池，制造太阳能模组，则会引起能量损耗。然而，这种背面电极式的设计，也可以防止这种损耗。
同时，团队也简化了制造工艺，使用小型太阳能电池组合形成单硅基板。
创新价值
要了解这项创新的价值，我们先来看看Lee 教授的评述：
“该设备提供了一种解决方案：能够解决电池的能量密度问题和太阳能电池的能量存储问题。更重要地是，电池直接在太阳光下时，具有相对较高的功率和能量密度，显示出它可作为太阳能驱动的能量转换/存储设备，应用于电动汽车和便携式电子设备。”
所以，从评述中看出，这项创新价值主要在于三方面：
改善电池的能量密度和太阳能电池的能量存储。
阳光直接照射时，功率和能量密度较高。
可作为能量/转换存储设备，用于电动汽车和便携式电子设备（这点接近应用价值）。
另外，根据研究团队的说法，这项创新还具有以下优势：
超常的光电化学性能和紧凑的设计
相对于传统的单独使用光伏电池或者锂离子电池的方式，这种单片的PV-LIB设备，展现出了超常的光电化学性能和紧凑的设计。
快速充电和高光电转化/存储效率
同时，在光充电（在2分钟之内快速充电，光电转化/存储效率达7.61%）方面，它的提升也是前所未有的。
这张示意图代表了单片集成的SiPV-LIB设备和双极锂离子电池的电化学性能。
（图片来源于：UNIST）
应用价值
在研究中，Lee教授和研究团队将设备连接到各种便携式移动电子设备，进行实际应用拓展。
他们通过将SiPV-LIB设备插入预先切开的信用卡，制造了一种单片集成的智能卡。然后，使用市场上的银笔在信用卡背面的绘制电路，将SiPV-LIB设备和LED灯相连。
SiPV-LIB电池在太阳光照射下，甚至在一个光线暗淡的房间中，完全充满电，只需要两分钟。右方的图片显示出嵌入SiPV-LIB设备的智能卡。
（图片来源于：UNIST）
同样，这种SiPV-LIB设备也可以和智能手机或者MP3播放器进行连接，并且还有一种潜在的应用，就是作为一种补充方案，在太阳光下作为移动电源使用。
SiPV-LIB 设备仅需在太阳光下照射两分钟，就可以充满电。即使在 60°C的高温条件或者极端低的光强度（8 mWcm-2，这也和室内光线暗淡的照明条件相符合）的条件下，它也能展示出合宜的光充电能量存储行为。
对于其应用价值，我们再看看Lee 教授的说法：
“ 这里的SiPV-LIB 设备显示出作为光充电移动电源的巨大潜能，在到处都是电子设备的未来时代，他将扮演关键角色。”
参考资料
【1】http://www.dgist.ac.kr/site/dgist_eng/menu/508.do?configNo=96&cmd=read&contentNo=34358&pageIndex=1&recordPerPage=10&month=0&condition=&keyword=
【2】Han-Don Um, et al., “Monolithically integrated, photo-rechargeable portable power sources based on miniaturized Si solar cells and printed solid-state lithium-ion batteries,” Energy and Environmental Science, (2017).
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