Vor kurzem hat die Shenzhen Institute of Advanced Technology Materials Functional Films Research Center, Chinesische Akademie der Tangyong Bing und sein Forschungsteam gemeinsam Tsinghua - entwickelt Berkeley School of Shenzhen, Shenyang Materialwissenschaften Forscher am National Research Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Institut für Metall werden neben einer hohen Leistung Kalzium Batterie. Innovation durch ihre Zellstruktur, eine neue Calcium-Ionen-Batterien, elektrochemischen Reaktionsmechanismus, und erreichen eine stabile Ladungs-Entladungs-Reaktion bei Raumtemperatur. Forschungsergebnisse Reversible Calcium Legieren ermöglicht eine praktische Raumtemperatur aufladbaren Calcium-Ionen Batterie mit einer hohen Entladungsspannung ( „auf Basis von Calcium - bei Raumtemperatur Zinn-Legierung Umsetzung des Hochspannungs-Calcium-Ionen-Batterie eines stabilen Betriebes“), der Titel online veröffentlicht in „Nature“ sub-Journal „NATURAL - Chemie“ (Nature Chemistry, doi: 10.1038 on / s41557-018-0045-4) und für chinesisches Patent (201.710.184.368,1) und PCT Patent (PCT / CN2017 / 078.203) aufgetragen.
Erdalkalielemente, mit geringem Polarisations Calcium, Lithium Standardelektrodenpotential der Nähe (Ca2 + / Ca: -2,868 V gegen SHE, Lithium höher als nur 170 mV), +2 Ion (Lithiumion ist mit einer Anzahl von geladenem zweimal), reichlich vorhandenen, kostengünstigen Vorteile daher hat das Calcium-Ionen-Batterie ist die potentielle Energie Speicherbatterieeffizienz und geringen Kosten sein. jedoch 1991 Aurbach, et al in der herkömmlichen organischen Elektrolytlösung gefunden ist schwierig, Calcium einzudringen Calciummetallanode Passivierungsfilm Oberfläche, was zum Auftreten von Calciumionen nicht reversible Oxidations-Reduktions-Reaktion von Lithiumionen als dergleichen (J. Electrochem. Soc., 1991, 138, 3536), Advances langsam danach Calcium-Ionen-Batterie. bis 2016, et al MIT-Sadoway geschmolzenen CaCl 2 und LiCl als Elektrolyt verwendet wird, während eine geschmolzene Ca-Mg-Legierung verwendet wird, und die Metall-Bi wurde als eine negative Elektrode und ein positives Elektrodenmaterial verwendet wird, eine neue Art von Flüssigkeit Calcium-Ionen-Batterie entwickelte, ist die Betriebsspannung nicht hoch (<1V) , 但在高温下 (550-700°C) 表现出良好的循环稳定性(Nat. Commun. 2016, 7, 10999). 而西班牙科学家Palacin等人虽然在室温下未发现钙离子的可逆氧化还原反应, 但在75-100°C温度下发现钙离子在碳酸酯类电解液中能在钙负极表面发生可逆沉积反应, 并且在100°C 下能循环30周以上(Nat. Mater. 2016, 15, 169). 虽然高温下的可逆充放电现象的发现为钙离子电池的发展带来了希望, 但要想使钙离子电池具有实用价值, 其工作温度还须降低到室温附近, 需要找到能实现可逆钙离子嵌入/脱出的正负极材料并提高其电化学性能, 包括室温循环特性, 倍率特性和工作电压(目前<2V).
Das Forschungsteam von zwei Yuan Fig Entdeckung Nach Phasen Calcium mit Natrium, Zink, Zinn und anderen Metallen, die eine Legierungsphase bilden, die weiterhin eine Vielzahl von Metall, umfassend in den negativen Elektrode Ladungs-Entladungs-Eigenschaften von Ca (PF6) 2 in einer Carbonat-Elektrolyt-Lösung von sucht wurde, festgestellt, dass Zinn eine gute Reaktion und eine reversible spezifische Kapazität von Calciumionen in dem Elektrolyten, Ca7Sn6 Legierung auftritt, um Calcium-Ionen in dem Elektrolyten und die negative Elektrode erfolgt während der ersten Ladung, Entladung in der Legierungsreaktion Ca7Sn6 Zinnlegierung gebildet Reaktion. theoretische Simulation und Stress-situ elektrochemischen Tests zeigten, dass Calcium und Zinn Ca7Sn6 Fall der Phase vier Bindungslegierung eine geringe Bindungsenergie aufweist, und die elektrochemische Spannungs Calcium Zinnanode Druck eingebettet sind Stress, diese Spannung wird nicht nur helfen, eine stabile Struktur und Material in den Calciumionen Einlagerungs / Auslagerungs-Prozess hat gute Reversibilität zu halten.
Basierend auf diesen Ergebnisse hat die Mannschaft eine neue durch Kalzium-Ionen-Batterie: In der negativen Elektrodenfolie mit Calciumionen reversibel Reaktions Legieren, während die Verwendung von integrierten Design des aktiven Materials und Stromabnehmer, Graphit als positive Elektrode ein Anion zu erreichen (PF6- ) reversiblen Interkalation / Deinterkalation Reaktion ;. Calcium in Hexafluorophosphat gelöst, Spannungen bis eine Calciumion ausgezeichnete elektrochemische Leistung aufweist, durchschnittliche Entlastung 4.45V einer Durchbruchspannung von 5 V des Carbonat basierendes Lösungsmittel für die Elektrolytzelle mit die Kapazitätsretentionsrate nach 350 Zyklen des Kreis mehr als 95% bei Raumtemperatur.
Das Arbeitszellsystem das Calciumion, das Calciumion reichte positives Elektrode Zellsystem und den Auswahlbereich des negativen Schlüsselmaterials, den Elektrolyten, eine wichtige Referenz für die Forschung und Entwicklung der Energiespeichereinrichtung zu erweitern, basierend auf den neuen mehrwertigen Ionen.
Wenn (b, c) zeigte die XRD-Analyse, dass die Calcium- und Zinnlegierung negative Elektrode Erzeugungsreaktion während des Ladens, Entladungs Ca7Sn6 Legieren, Fig. 1 (a) Zinnmetall Calciumionen in dem Elektrolyten in der negativen Elektrode der ersten Kurve Ladungs-Entladungs Ca7Sn6 Reaktions Legieren stattfinden, (d, e) Calcium-Ionen und Zinn-Bindung der vier Szenarien zur Verfügung, und die Bindungsenergie der Legierungsphase Ca7Sn6, (f) eine Zinn negative Elektrode beim Laden und Entladen des ersten in-situ-Spannungselektrochemischen Tests Kurve.
Abbildung 2. (a) Struktur und Funktionsprinzip der neuen Calcium-Ionen-Batterie, (b) XRD-Muster der Graphitkathode bei unterschiedlichen Spannungen, (c) Lineares Scannen des quaternären druckbeständigen Elektrolytsystems in verschiedenen Anoden auf Zinnanodenbatterien. Volt-Ampere-Kurve, (d) Hochspannungstestkurve des quaternären Elektrolytsystems bei einer Ladestromdichte von 100 mA / g, (e) Lade-Entlade-Kurve einer Calciumionenbatterie (eine Calciumionen-Knopfzelle kann zwei leuchten (Gelbe LEDs in Reihe), (f) Ratenfähigkeit, (g) Veränderung des Druckes des Entladungsmediums mit der Anzahl der Zyklen (Einschub ist eine Lade-Entlade-Kurve von 320-350 Zyklen) und (h) Lade-Entlade-Kurve bei verschiedenen Zykluszahlen .
