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11选5天津 :深圳先進院等研發出可正在室溫下穩

文章来源:admin 时间:2019-01-04

  深圳先進院等研發出可正在室溫下穩進抵聲色俱厲定办事的新型鈣離子電池

  

  克日 ,深圳先進技術研讨院功用薄膜原料研讨核心研讨員唐永炳及其研讨團隊聯合清華-伯克利深圳學院、11选5天津 中科院金屬研讨所沈陽原料科學國傢研讨核心研讨員成會明研發出一種高功用的鈣離子電池 。他們通過對電池結構的創新,快乐十分:科學傢解析蟲媒設思磨難黃病毒致病的。使鈣離子電池具有全新的電化學反應機理,並實現瞭室溫下穩定的充放電反應 。相關研讨結果以Reversible calcium alloying enables a practical room-temperature rechargeable calcium-ion battery with a high discharge voltage(《基於鈣-錫合金化反應的室溫下穩定運行的高電壓鈣離子電池》)為題正在線發外於《自然》子刊《自然-化學》(Nature Chemistry,doi:10.1038/s41557-018-0045-4)上,並申請瞭中國發明專利(201710184368這一點是純電動車和插電式羼杂動力車都無法结束的,也是豐田羼杂動力技術被以為是當前最為成熟的節能新動力技術的合键緣由.1)和PCT專利(PCT/CN2017/078203)。

  正在堿土金屬元素中,鈣具有極化低、標準電極電勢與鋰亲昵(Ca2+/Ca:−2.868 V vs. SHE,僅比鋰高170 mV)、離子為+2價(帶電荷數目為鋰離子的兩倍)、儲量豐富、成本較低的優點,于是,鈣離子電池具有成為高效低成本儲能電池的潛力。可是,1991年Aurbach等人發現正在傳統有機電解液中鈣離子很難穿透鈣金屬負極轮廓的鈍化膜,導致鈣離子無法像鋰離子那樣發生可逆的氧化還原反應(J. Electrochem. Soc. 1991, 138, 3536),此後鈣離子電池的研讨進展緩慢。直到2016年,MIT的Sadoway等人接纳熔融態的CaCl2和LiCl作為電解質,同時运用熔融的Ca-Mg合金和Bi金屬分別作為負極和正極原料,研發出瞭一種新型鈣離子液態電池,其义务電壓雖然不高(<1V),但正在高溫下(550-700°C)外現出优越的循環穩定性(Nat. Commun. 2016, 7, 10999)。而西班牙科學傢Palacin等人雖然正在室溫下未發現鈣離子的可逆氧化還原反應,但正在75-100°C溫度下發現鈣離子正在碳酸酯類電解液中能正在鈣負極轮廓發生可逆浸積反應,並且正在100°C 下能循環30周以上(Nat. Mater. 2016, 15, 169)。雖然高溫下的可逆充放電現象的發現為鈣離子電池的發展帶來瞭欲望,但要思使鈣離子電池具有實用價值,其义务溫度還須低落到室溫周围,需求找到能實現可逆鈣離子嵌入/脫出的正負極原料並发展其電化學功用,囊括室溫循環特色、倍率特色和义务電壓(暂时<2V)。

  該團隊通過研讨二元相圖後發現鈣與鈉、鋅、錫等众種金屬能组成合金相,進一步對众種金屬負極正在含有Ca(PF6)2的碳酸酯類電解液中的充放電特色進行瞭研讨,發現錫正在鈣離子電解液中具有較好的可逆反應和比容量,正在首次充電過程中電解液中的鈣離子和錫負極發生合金化反應组成Ca7Sn6合金,放電時Ca7Sn6發生去合金化反應。理論模擬計算與原位電化學應力測試标明,鈣和錫正在Ca7Sn6合金相中的四種成鍵景象都具有較低的結合能,而且鈣離子嵌入錫負極時的電化學應力為壓應力,這種壓應力不僅有助於維持原料的結構穩定而且正在鈣離子嵌入/脫出過程中有优越的可逆性。

  基於上述發現,該團隊提出瞭一種新型的鈣離子電池:以錫箔作為負極與鈣離子發生可逆合金化反應,同時接纳活性原料與集流體的一體化設計;以石墨作為正極實現陰離子(PF6−)的可逆插層/脫嵌反應;以溶有六氟磷酸鈣、具有5V耐高壓特色的碳酸酯類溶劑為電解液。該鈣離子電池具有優異的電化學功用,匀称放電中壓高達4.45V,正在室溫下循環350圈後的容量僵持率大於95%。

  該义务拓展瞭鈣離子電池體系,豐富瞭鈣離子電池體系中正極、負極、電解液等關鍵原料的選擇范圍,對基於众價態離子的新型儲能器件的研讨與開發具有紧张借鑒意義 。

  論文鏈接

  

  圖1.(a)錫金屬負極正在鈣離子電解液中的首次充放電曲線;(b,c)XRD理会标明,正在充電過程中鈣離子和錫負極發生合金化反應天生Ca7Sn6合金,正在放電時Ca7Sn6發生去合金化反應;(d,e)鈣離子和錫正在Ca7Sn6合金相中的四種成鍵景象及其對應的結合能;(f)錫負極首次充放電過程的原位電化學應力測試曲線。

  

  圖2.(a)新型鈣離子電池的結構及义务道理;(b)正在不同電壓下石墨正極的XRD圖譜;(c)四元耐壓電解液體系正在不同正極對錫負極電池中的線性掃描伏安曲線;(d)四元電解液體系正在100 mA/g 的充電電流密度下的耐高電壓測試曲線;鈣離子電池的(e)充放電曲線(一塊鈣離子紐扣電池可點亮兩個串聯的黃色LED燈)、(f)倍率功用、(g)放電中壓隨循環圈數的變化(插圖為320-350圈的充放電曲線)和(h)正在不同循環次數下的充放電曲線。

  

 

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