Nanostructured Fe2O3/CuxO Heterojunction for Enhanced Solar Redox Flow Battery Performance

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作者
Jiaming Ma,Milad Sabzehparvar,Ziyan Pan,Giulia Tagliabue
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2408.00266
摘要

Solar redox flow batteries (SRFB) have received much attention as an alternative integrated technology for simultaneous conversion and storage of solar energy. Yet, the photocatalytic efficiency of semiconductor-based single photoelectrode, such as hematite, remains low due to the trade-off between fast electron hole recombination and insufficient light utilization, as well as inferior reaction kinetics at the solid/liquid interface. Herein, we present an {\alpha}-Fe2O3/CuxO p-n junction, coupled with a readily scalable nanostructure, that increases the electrochemically active sites and improves charge separation. Thanks to light-assisted scanning electrochemical microscopy (Photo-SECM), we elucidate the morphology-dependent carrier transfer process involved in the photo-oxidation reaction at a {\alpha}-Fe2O3 photoanode. The optimized nanostructured is then exploited in the {\alpha}-Fe2O3/CuxO p-n junction, achieving an outstanding unbiased photocurrent density of 0.46 mA/cm2, solar-to-chemical (STC) efficiency over 0.35% and a stable photocharge-discharge cycling. The average solar-to-output energy efficiency (SOEE) for this unassisted {\alpha}-Fe2O3-based SRFB system reaches 0.18%, comparable to previously reported DSSC-assisted hematite SRFBs. The use of earth-abundant materials and the compatibility with scalable nanostructuring and heterojunction preparation techniques, offer promising opportunities for cost-effective device deployment in real-world applications.

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