圖片來源：復旦大學
來自復旦大學官微的消息顯示，近日，復旦大學科研人員創建出一種新型鈣-氧氣電池，可在室溫條件下充放電，穩定運行700次循環，展現出高安全性、較低成本等優勢，并為可穿戴電池織物的發展提供了新思路。相關成果已在線發表于《自然》主刊。
資料顯示，鈣金屬具有低氧化還原電位和多價性等特性，結合我國豐富的鈣資源，基于金屬鈣的電池體系在未來的能源應用中具有廣闊前景。
在基于金屬鈣的電池中，鈣-氧氣電池具有最高的理論能量密度, 但目前尚未實現能夠在室溫下穩定充放電的鈣-氧氣電池。其中的關鍵問題和挑戰在于，鈣金屬負極具有高電化學活性，容易導致電解液被還原分解并在電極表面形成鈍化層，使得鈣金屬負極失效；空氣正極具有高電極電勢，容易導致電解液氧化分解，正極電化學性能迅速衰退。目前仍難以找到一種能與鈣金屬負極相匹配，且能適應高電極電勢空氣正極的電解質，嚴重制約了鈣-氧氣電池的發展。
為了解決這一挑戰，團隊通過系統設計溶劑、電解質鹽以及電解質配比，成功制備出一種基于二甲基亞砜/離子液體的新型電解質，有效滿足了電池正負極的高要求，構建了可室溫工作的新型鈣-氧氣電池（附圖1）。
圖1. 鈣-氧氣電池結構示意圖
該研究發展出的鈣-氧氣電池主要由三個部分構成：金屬鈣負極、碳納米管空氣正極和有機電解質。該電池設計不僅優化了性能和成本，也兼顧了環境的可持續性與在柔性電子設備中的應用要求。其中，金屬鈣負極不僅成本較低，還具有較高的理論容量，有利于全電池實現較高的能量密度。同時，可進一步將金屬鈣負載到柔性基底上，得到柔性的金屬鈣負極，為實現柔性鈣-氧氣電池奠定基礎；電解質采用基于二甲基亞砜/離子液體體系，這種電解質在室溫下不僅表現出了高離子導率，還展示了穩定的電化學特性，顯著提升了電池的整體安全性；正極材料則采用了較為環保的碳材料，不含昂貴的貴金屬催化劑，并利用空氣中的氧氣作為反應物，有助于降低電池的制造成本。
圖2. 鈣-氧氣電池放電產物的可逆生成和分解（左）與充放電循環穩定性（右）
據介紹，這種電池可支持室溫條件下長達700次的充放電循環（附圖2）。該團隊還在此基礎上成功構建出同時具有高柔性和高安全性的鈣-氧氣電池，可用于制備下一代可穿戴電池織物。
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