Recentemente, o Instituto Shenzhen de Advanced Technology Materials funcionais Films Research Center, da Academia Chinesa de Tangyong Bing e sua equipa de investigação conjunta Tsinghua - Escola Berkeley de Shenzhen, Shenyang pesquisador ciência dos materiais no Centro Nacional de Pesquisa da Academia Chinesa de Ciências Instituto de metal para ser o próximo desenvolveu um cálcio de alto desempenho bateria. inovação por sua estrutura celular, uma nova baterias de iões de cálcio-possuindo mecanismo de reacção electroquímica, e realizar uma reacção de carga-descarga estável à temperatura ambiente. pesquisa resulta de liga de cálcio reversível permite que um prático à temperatura ambiente recarregável em ião cálcio bateria com uma tensão de descarga de alta ( "base de cálcio - à temperatura ambiente de reacção de liga de estanho da operação estável bateria de iões de cálcio de alta tensão"), o título publicado online em "Nature" sub-Journal "nATURAL - Chemistry" (Natureza Química, doi: 10.1038 / s41557-018-0045-4), e aplicada para a patente de invenção da China (201710184368.1) e patente PCT (PCT / CN2017 / 078203).
elementos de metais alcalino-terrosos, cálcio com baixa polarização, lítio padrão eléctrodo potencial perto (Ca2 + / Ca: -2.868 V vs. ELA, lítio superior a única 170 mV), 2 ião (ião de lítio é carregado com um certo número de A bateria de íons de cálcio tem o potencial de se tornar uma bateria de armazenamento de energia eficiente e de baixo custo, mas, em 1991, Aurbach e colaboradores descobriram que os íons de cálcio são difíceis de penetrar nos eletrólitos orgânicos tradicionais. superfície da película de passivação do ânodo de metal de cálcio, resultando na ocorrência de iões de cálcio não reacção de oxidação-redução reversível de iões de lítio como semelhantes (J. Electrochem. Soe. 1991, 138, 3536), Advances lentamente depois de cálcio bateria de iões. até 2016, et al usando Sadoway CaCl2 fundido do MIT e LiCl como o electrólito, ao usar uma liga de Ca-Mg fundido, e o metal Bi foram usadas como um eléctrodo negativo e um material de eléctrodo positivo, desenvolveu um novo tipo de bateria de iões de cálcio líquido, a tensão de funcionamento não é alta (<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).
A equipe de pesquisa por dois yuan descoberta FIG Depois de cálcio fase com sódio, zinco, estanho e outros metais capazes de formar uma fase de liga, que compreende ainda uma pluralidade de metais no eléctrodo negativo características de carga-descarga de Ca (PF6) 2 em uma solução electrolítica carbonato de foram estudados, constatou que estanho tem uma boa resposta e uma capacidade específica reversível de iões de cálcio no electrólito, liga Ca7Sn6 ocorre para os iões de cálcio no electrólito e do eléctrodo negativo é formado Ca7Sn6 liga de estanho na reacção de liga ocorre durante a primeira carga, descarga reacção. simulação teóricos e testes electroquicos de stress-situ indicaram que o cálcio e estanho Ca7Sn6 caso da fase de liga de quatro ligação tendo uma energia de ligação baixa, e electroquímica estresse estanho cálcio ânodo é incorporado pressão Estresse, este estresse compressivo não só ajuda a manter a estabilidade estrutural do material, mas também tem uma boa reversibilidade no processo de inserção / extração de íons cálcio.
Com base nestes resultados, a equipa proposta uma bateria em ião cálcio romance: Na folha de eléctrodo negativo com iões de cálcio reversivelmente de liga de reacção, enquanto o uso de concepção integrada do material activo e colector de corrente; grafite como um eléctrodo positivo para conseguir um anião (PF6 ) reversível intercalação reacção / deintercalation ;. em hexafluorofosfato dissolvido cálcio, tendo uma tensão de ruptura de 5V do solvente para a célula de electrólito possuindo um ião cálcio excelente desempenho electroquímico base de carbonato-, descarga média tensão até 4.45V Após o ciclo de 350 ciclos à temperatura ambiente, a taxa de retenção da capacidade é superior a 95%.
O sistema de células de trabalho para expandir o ião cálcio, o rico sistema de célula de eléctrodo positivo de iões de cálcio, o intervalo de selecção de material de chave negativo, o electrólito, uma referência importante para a pesquisa e desenvolvimento de dispositivo de armazenamento de energia com base nos novos iões multivalentes.
Quando (b, c) análise por XRD mostrou que o cálcio e liga de estanho eléctrodo negativo gerando Ca7Sn6 de liga de reacção durante a carga, descarga, Fig. 1. (a) iões de estanho metálico de cálcio no electrólito no eléctrodo negativo da primeira curva de carga-descarga Ca7Sn6 de liga que ocorra a reacção; (d, e) os iões de cálcio e de ligação de estanho os quatro cenários disponíveis e a energia de ligação da fase de liga Ca7Sn6; (f) um eléctrodo negativo de estanho durante o carregamento e descarregamento do teste electroquica primeira tensão in situ Curva
Figura 2. (a) Estrutura e princípio de funcionamento da nova bateria de iões de cálcio (b) Padrão XRD do cátodo de grafite a diferentes voltagens (c) Varredura linear do sistema de electrólitos resistentes à pressão quaternária em diferentes ânodos em baterias de anodo de estanho. (D) Curva de teste de alta voltagem do sistema eletrolítico quaternário a uma densidade de corrente de carga de 100 mA / g; (e) Curva carga-descarga de uma bateria de íon cálcio (uma célula de botão de íon cálcio pode acender dois (LEDs amarelos em série), (f) Capacidade de taxa, (g) Variação da pressão média de descarga com número de ciclos (inset é uma curva de carga-descarga de 320-350 ciclos) e (h) Curva de carga em diferentes números de ciclo .
