Recentemente, l'Istituto di Shenzhen di Advanced Materials Tecnologia Cinema funzionali Centro di Ricerca, Accademia cinese di Tangyong Bing e il suo team di ricerca congiunto Tsinghua - Berkeley School of Shenzhen, Shenyang scienza dei materiali ricercatore presso il Centro Nazionale delle Ricerche della Accademia Cinese delle Scienze Istituto di metallo di essere accanto sviluppato un elevato livello di calcio prestazioni batteria. innovazione dalla loro struttura cellulare, batterie nuove calcio ionizzato aventi meccanismo di reazione elettrochimica, e ottenere una reazione di carica-scarica stabile a temperatura ambiente. I risultati delle ricerche di lega calcio reversibile consente una pratica a temperatura ambiente ricaricabile di ioni calcio batteria con una tensione di scarica ( "a base di calcio - a temperatura ambiente di reazione in lega di stagno della batteria agli ioni di calcio funzionamento stabile ad alta tensione"), il titolo pubblicato online su "Nature" sub-Journal "nATURALE - Chimica" (Nature Chemistry, doi: 10.1038 on / s41557-018-0045-4), e domanda per il brevetto cinese (201.710.184.368,1), e nel brevetto PCT (PCT / CN2017 / 078.203).
Elementi di metallo alcalino terroso, con calcio basso polarizzazione, litio standard di elettrodo potenziale vicino (Ca2 + / Ca: -2.868 V vs SHE, litio superiore solo 170 mV), +2 ioni (ioni di litio viene caricato con un numero di due volte), abbondante, a basso costo vantaggi, quindi, la batteria agli ioni di calcio è diventato il potenziale di efficienza accumulatore di energia e di basso costo. Tuttavia, nel 1991, Aurbach, et al trovato nella soluzione elettrolitica organica convenzionale è difficile da penetrare calcio calcio metallico superficie della pellicola anodica passivazione, con conseguente comparsa di ioni calcio non reazione di ossidazione-riduzione reversibile di ioni di litio come simile (J. Electrochem. Soc. 1991, 138, 3536), Advances lentamente in seguito batteria ione calcio. fino al 2016, et al utilizzando Sadoway CaCl2 fuso del MIT e LiCl come elettrolita, mentre si utilizza un fuso in lega Ca-Mg, e il metallo Bi sono stati utilizzati come elettrodo negativo e un materiale di elettrodo positivo, sviluppato un nuovo tipo di liquido batteria agli ioni di calcio, la tensione di funzionamento non è elevato (<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).
Il gruppo di ricerca da due yuan scoperta FIG Dopo calcio fase con sodio, zinco, stagno e altri metalli in grado di formare una fase lega, comprendente inoltre una pluralità di metallo nell'elettrodo negativo caratteristiche di carica-scarica di Ca (PF6) 2 in una soluzione elettrolitica carbonato d' sono stati studiati, hanno trovato che lo stagno ha una buona risposta e una specifica capacità reversibile di ioni calcio nel elettrolita, lega Ca7Sn6 verifica agli ioni calcio nell'elettrolita e l'elettrodo negativo è formato Ca7Sn6 lega stagno nella reazione legante avviene durante la prima carica, scarico reazione. simulazione teorica e prove elettrochimiche stress situ indicano che il calcio e stagno Ca7Sn6 caso della fase di lega di quattro legante avente una bassa energia di legame, e lo stress elettrochimica stagno calcio anodo è incorporato pressione stress, questo stress non solo aiutare a mantenere una struttura stabile e materiale nel processo intercalazione / deintercalazione ione calcio hanno buona reversibilità.
Sulla base di questi risultati, il gruppo ha proposto una nuova batteria di ioni calcio: Nel foglio di elettrodo negativo con ioni calcio reversibilmente alliganti reazione, mentre l'uso di progettazione integrata del materiale attivo e collettore di corrente, grafite come elettrodo positivo per ottenere un anione (PF6- ) reversibile intercalazione reazione / deintercalazione ;. in esafluorofosfato disciolto calcio, avente una tensione di rottura 5V di carbonato solvente per la cella elettrolitica avente uno ione calcio eccellenti prestazioni elettrochimiche, portata media tensioni fino a 4.45V , il tasso di ritenzione capacità dopo 350 cicli del cerchio superiore al 95% a temperatura ambiente.
Il sistema di celle di lavoro per espandere l'ione calcio, il ricco sistema cella dell'elettrodo positivo ione calcio, l'intervallo di selezione di materiale chiave negativo, l'elettrolita, un importante riferimento per la ricerca e lo sviluppo di dispositivo di accumulo dell'energia sulla base delle nuove ioni polivalenti.
Quando (b, c) analisi XRD ha dimostrato che il calcio e lega stagno elettrodo negativo generando Ca7Sn6 lega reazione durante il carico, scarico; Fig. 1. (a) ioni stagno metallico calcio nel elettrolita nell'elettrodo negativo della prima curva di carica-scarica Ca7Sn6 lega reazione avvenga; (d, e) ioni calcio e stagno incollaggio quattro scenari disponibili e l'energia di legame della fase della lega Ca7Sn6; (f) una scatola elettrodo negativo durante la carica e scarica della prova elettrochimica primo sforzo in situ curva.
Figura 2. (a) Struttura e principio di funzionamento della nuova batteria a ioni di calcio, (b) modello XRD del catodo di grafite a diverse tensioni, (c) Scansione lineare del sistema elettrolitico resistente alla pressione quaternario in diversi anodi su batterie di anodi di stagno. Curva volt-ampère; (d) curva di prova ad alta tensione del sistema elettrolitico quaternario a una densità di corrente di carica di 100 mA / g; (e) Curva di scarica di carica di una batteria a ioni di calcio (una cella a bottone di ioni di calcio può illuminare due (LED gialli in serie), (f) Capacità di velocità, (g) Variazione della pressione del mezzo di scarica con numero di cicli (l'inserto è una curva di carica-scarica di 320-350 cicli), e (h) Curva di scarica-carico a diversi numeri di ciclo .
