新型鈣離子電池介紹

近日，中國(guó)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(yáng)材料科學(xué)國(guó)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(guò)對(duì)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(shì)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。科研人員雖然在室溫下未發(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%。