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深圳先進(jìn)院研發(fā)出室溫高電壓雙碳結(jié)構(gòu)鈣型雙離子電池

2018-07-17 16:06:26 中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種基于雙碳結(jié)構(gòu)的鈣型雙離子電池。

近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種基于雙碳結(jié)構(gòu)的鈣型雙離子電池。相關(guān)研究成果A Novel Calcium-Ion Battery Based on Dual-Carbon Configuration with High Working Voltage and Long-Cycling Life 已在線發(fā)表于國(guó)際材料科學(xué)期刊Advanced Science(Advance Science, 2018, DOI: 10.1002/advs.201701082)上。

自1991年鋰離子電池成功商業(yè)化以來,便廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備、新能源汽車以及儲(chǔ)能領(lǐng)域。然而,由于鋰資源的儲(chǔ)量有限且分布不均,以及鋰離子電池回收困難,造成鋰離子電池的成本逐漸升高,難以滿足未來社會(huì)對(duì)大規(guī)模能源儲(chǔ)存對(duì)低成本及環(huán)保易回收方面的要求。相對(duì)于鋰離子而言,鈣具有相似的物理化學(xué)性質(zhì),且儲(chǔ)量豐富。此外,鈣離子帶2個(gè)電荷,標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢(shì)為-2.868V,與鋰接近,使得鈣離子電池有望成為下一代新型高效環(huán)保儲(chǔ)能器件。但是,在傳統(tǒng)有機(jī)電解液中金屬鈣表面易發(fā)生鈍化,導(dǎo)致鈣離子不能像鋰離子一樣可逆沉積,且鈣離子電池材料研發(fā)困難,多數(shù)鈣離子電池只能在高溫下進(jìn)行可逆充放電,造成了鈣離子電池發(fā)展緩慢。

鑒于此,唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員吳石、張帆等人成功研發(fā)出一種基于雙碳結(jié)構(gòu)的鈣型雙離子電池。該電池材料廉價(jià)易得并且環(huán)保,采用膨脹石墨作為正極材料,PF6-陰離子可以在其片層結(jié)構(gòu)中可逆地嵌入/脫出;采用中間相碳微球作為負(fù)極材料,Ca2+可以在其片層結(jié)構(gòu)中可逆地嵌入/脫出。電解液采用基于六氟磷酸鈣做電解質(zhì)的碳酸酯類電解液。研究表明,該鈣型雙離子電池可以在室溫下實(shí)現(xiàn)可逆充放電,并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能:平均工作電壓高達(dá)4.6V,1C倍率下循環(huán)300圈后容量保持率為94%。這種新型鈣離子電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鈣離子電池的研究開拓了新思路,也為基于多價(jià)金屬離子電池的研究提供了借鑒意義。

該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。

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