به تازگی، موسسه شنژن مرکز تحقیقات فیلم کاربردی فن آوری پیشرفته مواد، آکادمی چینی Tangyong بینگ و تیم تحقیقاتی او به طور مشترک Tsinghua دانشگاه - برکلی دانشکده شنژن، شنیانگ پژوهشگر علوم مواد در مرکز ملی تحقیقات آکادمی چینی علوم موسسه فلز به بعدی یک کلسیم کارایی بالا باتری. نوآوری توسط ساختار آنها سلول، یک باتری یون کلسیم جدید با مکانیسم واکنش الکتروشیمیایی، و دستیابی به یک واکنش شارژ تخلیه در دمای اتاق پایدار. نتایج تحقیقات آلیاژی کلسیم برگشت پذیر را قادر می سازد عملی در دمای اتاق قابل شارژ کلسیم یون باتری با ولتاژ بالا تخلیه ( "بر اساس کلسیم - در دمای اتاق واکنش آلیاژ قلع از بالا ولتاژ باتری یون کلسیم بهره برداری پایدار")، عنوان در "طبیعت" زیر مجله آنلاین منتشر شده "طبیعی - شیمی" (طبیعت شیمی، DOI: 10.1038 روشن / s41557-018-0045-4)، و اعمال شده برای ثبت اختراع چینی (201710184368.1)، و ثبت اختراع PCT (PCT / CN2017 / 078203).
عناصر خاکی فلز قلیایی، با کلسیم قطبش پایین، لیتیوم الکترود استاندارد نزدیک بالقوه (CA2 + / CA: -2.868 V در مقابل او، لیتیوم بالاتر از تنها 170 میلی ولت)، 2 یون (یون لیتیوم است با تعدادی از شارژ دو بار)، فراوان، مزایای کم هزینه، در نتیجه، باتری یون کلسیم تبدیل شده است کارایی باتری های ذخیره سازی انرژی پتانسیل و کم هزینه است. با این حال، در سال 1991، Aurbach، و همکاران موجود در محلول الکترولیت آلی معمولی دشوار است به نفوذ کلسیم فلز کلسیم سطح فیلم آند غیر فعال، و در نتیجه وقوع یونهای کلسیم نیست برگشت پذیر واکنش اکسیداسیون کاهش یون لیتیوم به عنوان مثل (J. Electrochem باشد Soc. 1991، 138، 3536)، پیشرفت به آرامی پس از آن باتری یون کلسیم است. تا سال 2016، و همکاران با استفاده از Sadoway CaCl2 به مذاب MIT و LiCl به عنوان الکترولیت، در حالی که با استفاده از یک آلیاژ کلسیم منیزیم مذاب و فلز بی به عنوان یک الکترود منفی و یک ماده الکترود مثبت استفاده شد، توسعه نوع جدیدی از باتری یون کلسیم مایع، ولتاژ بالا نیست (<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).
تیم تحقیقاتی توسط دو یوان کشف شده پس از کلسیم فاز با سدیم، روی، قلع و سایر فلزات قادر به تشکیل یک فاز آلیاژ، بیشتر شامل یک کثرت از فلز در الکترود منفی ویژگی های شارژ و دشارژ از Ca (PF6) 2 در یک راه حل الکترولیت کربنات مورد مطالعه قرار گرفت، نشان داد که قلع است یک پاسخ خوب و ظرفیت ویژه برگشت پذیر یون های کلسیم در الکترولیت، آلیاژ Ca7Sn6 به یون های کلسیم در الکترولیت رخ می دهد و الکترود منفی در واکنش آلیاژی تشکیل Ca7Sn6 آلیاژ قلع در طول اولین شارژ، تخلیه رخ می دهد واکنش شبیه سازی نظری و آزمون الکتروشیمیایی استرس درجا نشان داد که کلسیم و قلع Ca7Sn6 مورد از چهار باند فاز آلیاژ داشتن انرژی پایین اتصال و استرس الکتروشیمیایی آند قلع کلسیم تعبیه شده است فشار استرس، این استرس نه تنها کمک به حفظ ساختار پایدار و مواد در یون کلسیم فرآیند کبیسه را / deintercalation دارند برگشت خوب است.
بر اساس این یافته، این تیم پیشنهاد یک باتری کلسیم یون رمان: در فویل الکترود منفی با یونهای کلسیم برگشت پذیر آلیاژی واکنش، در حالی که استفاده از طراحی یکپارچه از مواد فعال و جریان کلکتور؛ گرافیت به عنوان یک الکترود مثبت برای رسیدن به یک آنیون (PF6- ) برگشت پذیر کبیسه را / واکنش deintercalation ؛. در هگزافلوئوروفسفات حل کلسیم، داشتن یک ولتاژ شکست 5V از کربنات بر اساس حلال برای سلول الکترولیت داشتن یک یون کلسیم عملکرد الکتروشیمیایی بسیار عالی، دبی متوسط ولتاژ تا 4.45V ، نرخ حفظ ظرفیت پس از 350 چرخه دایره بیش از 95 درصد در دمای اتاق.
سیستم سلول تلاش برای گسترش یون کلسیم، یون کلسیم غنی سیستم سلول الکترود مثبت، محدوده انتخاب مواد کلیدی منفی، الکترولیت، یک مرجع مهم برای تحقیق و توسعه از دستگاه ذخیره سازی انرژی بر اساس یونهای دارای چندین جدید است.
هنگامی که (ب، ج) آنالیز XRD نشان داد که کلسیم و آلیاژ قلع الکترود منفی تولید Ca7Sn6 آلیاژی واکنش در طول شارژ، تخلیه. تبصره 1. (الف) یون های کلسیم فلز قلع در الکترولیت در الکترود منفی از اولین منحنی شارژ و دشارژ Ca7Sn6 آلیاژی واکنش به رخ می دهد؛ (D، E) یون های کلسیم و باند قلع چهار سناریو در دسترس است و انرژی پیوند فاز آلیاژ Ca7Sn6؛ (ج) یک الکترود قلع منفی در طول شارژ و تخلیه آزمون الکتروشیمیایی برای اولین بار در محل استرس منحنی
ساختار و اصل کار است 2. (الف) باتری جدید یون کلسیم؛ (ب) الگوی XRD کاتد گرافیت در ولتاژهای مختلف؛ (ج) فشار چهار یوان در سیستم های الکترولیت مختلف آند قلع در الکترود مثبت از رفت و برگشت خطی باتری voltammogram؛ (د) چهار یوان سیستم الکترولیت ولتاژ بالا منحنی آزمون مقاومت در چگالی جریان شارژ 100 میلی آمپر / گرم؛ یک باتری یون کلسیم (ه) منحنی شارژ و دشارژ (باتری را فشار دهید یون کلسیم ممکن است دو روشن زرد LED سری)، (ج) میزان عملکرد، (گرم) فشار تخلیه با تعداد دور از حلقه (الحاق دایره شارژ تخلیه منحنی 320-350) و (ح) در پرداخت هزینه های مختلف و منحنی تخلیه چرخه متفاوت .
