室温下可充钙-氧电池,复旦大学研究成果发表于《自然》主刊

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集微网消息 近日,复旦大学科研人员创建出一种新型钙-氧气电池,可在室温条件下充放电,稳定运行700次循环,展现出高安全性、较低成本等优势,并为可穿戴电池织物的发展提供了新思路。相关成果已在线发表于《自然》主刊。

据了解,钙金属具有低氧化还原电位和多价性等特性,结合我国丰富的钙资源,基于金属钙的电池体系在未来的能源应用中具有广阔前景。

在基于金属钙的电池中,钙-氧气电池具有最高的理论能量密度, 但目前尚未实现能够在室温下稳定充放电的钙-氧气电池。其中的关键问题和挑战在于,钙金属负极具有高电化学活性,容易导致电解液被还原分解并在电极表面形成钝化层,使得钙金属负极失效;空气正极具有高电极电势,容易导致电解液氧化分解,正极电化学性能迅速衰退。目前仍难以找到一种能与钙金属负极相匹配,且能适应高电极电势空气正极的电解质,严重制约了钙-氧气电池的发展。

为了解决这一挑战,团队通过系统设计溶剂、电解质盐以及电解质配比,成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质,有效满足了电池正负极的高要求,构建了可室温工作的新型钙-氧气电池。

科研人员表示,最新创建出的钙-氧气电池主要由金属钙负极、碳纳米管空气正极和有机电解质三个部分组成。电池设计不仅优化了性能和成本,也兼顾了环境的可持续性与在柔性电子设备中的应用要求。其中,金属钙负极成本较低,且具有较高理论容量,同时可进一步将金属钙负载到柔性基底上,得到柔性的金属钙负极,为实现柔性钙-氧气电池奠定了基础;新型电解质在室温下表现出高离子导率,展示了稳定的电化学特性,显著提升了电池整体安全性。

据介绍,这种电池可支持室温条件下长达700次的充放电循环。团队还在此基础上成功构建出同时具有高柔性和高安全性的钙-氧气电池,可用于制备下一代可穿戴电池织物。(校对/赵碧莹)

责编: 赵碧莹
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