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新型鈣離子電池室溫下性能顯示穩(wěn)定

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1138次  |  2018年04月29日  

  近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華—伯克利深圳學(xué)院、中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心研究員成會(huì)明,研發(fā)出一種高性能的鈣離子電池。他們通過對電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,使鈣離子電池具有全新的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并實(shí)現(xiàn)了室溫下穩(wěn)定的充放電反應(yīng)。相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于《自然—化學(xué)》。


  在堿土金屬元素中,鈣具有極化低、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與鋰接近、離子為+2價(jià)(帶電荷數(shù)目為鋰離子的兩倍)、儲(chǔ)量豐富、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。因此,鈣離子電池具有成為高效低成本儲(chǔ)能電池的潛力。


  2016年,科研人員研發(fā)出了一種新型鈣離子液態(tài)電池,其工作電壓雖然不高(<1V),但在高溫下(550~700℃)但表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性??蒲腥藛T雖然在室溫下未發(fā)現(xiàn)鈣離子的可逆氧化還原反應(yīng),但在75~100℃下發(fā)現(xiàn)鈣離子在碳酸酯類電解液中能在鈣負(fù)極表面發(fā)生可逆沉積反應(yīng),并且在100℃下能循環(huán)30周以上。但要想使鈣離子電池具有實(shí)用價(jià)值,其工作溫度還須降低到室溫,需要找到能實(shí)現(xiàn)可逆鈣離子嵌入/脫出的正負(fù)極材料并提高其電化學(xué)性能,包括室溫循環(huán)特性、倍率特性和工作電壓(目前<2V)。


  研究人員提出了一種新型的鈣離子電池,以錫箔作為負(fù)極與鈣離子發(fā)生可逆合金化反應(yīng),同時(shí)采用活性材料與集流體的一體化設(shè)計(jì);以石墨作為正極實(shí)現(xiàn)陰離子的可逆插層/脫嵌反應(yīng);以溶有六氟磷酸鈣、具有5V耐高壓特性的碳酸酯類溶劑為電解液。該鈣離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,平均放電中壓高達(dá)4.45V,在室溫下循環(huán)350圈后的容量保持率大于95%。


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