快科技2月8日消息，復(fù)旦大學(xué)研究出了一種新型的鈣-氧氣電池，可以在室溫條件下進(jìn)行電化學(xué)充放電，并穩(wěn)定運行700次循環(huán)，安全性高、成本較低。

研究該電池的是復(fù)旦大學(xué)纖維電子材料與器件研究院、高分子科學(xué)系、先進(jìn)材料實驗室、聚合物分子工程國家重點實驗室彭慧勝/王兵杰團隊，聯(lián)合王永剛、周豪慎、陸俊等合作者。

2024年2月7日，相關(guān)成果以《室溫下可充鈣-氧氣電池》（A rechargeable calcium-oxygen battery that operates at room temperature）為題，在線發(fā)表于《自然》（Nature）主刊。

據(jù)介紹，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，但一直不能在室溫下穩(wěn)定充放電

其中的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)在于，鈣金屬負(fù)極具有高電化學(xué)活性，容易導(dǎo)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(fù)極失效；

同時，空氣正極具有高電極電勢，容易導(dǎo)致電解液氧化分解，正極電化學(xué)性能迅速衰退。

目前仍難以找到一種能與鈣金屬負(fù)極相匹配，且能適應(yīng)高電極電勢空氣正極的電解質(zhì)，嚴(yán)重制約了鈣-氧氣電池的發(fā)展。

為了解決這一挑戰(zhàn)，復(fù)旦大學(xué)團隊通過系統(tǒng)設(shè)計溶劑、電解質(zhì)鹽、電解質(zhì)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(zhì)，有效滿足了電池正負(fù)極的高要求，構(gòu)建了可室溫工作的新型鈣-氧氣電池。

這種新型鈣-氧氣電池主要由三個部分構(gòu)成：金屬鈣負(fù)極、碳納米管空氣正極、有機電解質(zhì)。

它不僅優(yōu)化了性能和成本，也兼顧了環(huán)境的可持續(xù)性與在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用要求。

其中，金屬鈣負(fù)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(xiàn)較高的能量密度。

同時，可進(jìn)一步將金屬鈣負(fù)載到柔性基底上，得到柔性的金屬鈣負(fù)極，為實現(xiàn)柔性鈣-氧氣電池奠定基礎(chǔ)。

電解質(zhì)采用基于二甲基亞砜/離子液體體系，在室溫下不僅表現(xiàn)出了高離子導(dǎo)率，還展示了穩(wěn)定的電化學(xué)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(huán)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(yīng)物，有助于降低電池的制造成本。

在室溫條件下，這種新型鈣-氧氣電池能實現(xiàn)放電產(chǎn)物的可逆生成和分解，充放電循環(huán)壽命長達(dá)700次。

在此基礎(chǔ)上，該研究團隊還成功構(gòu)建出同時具有高柔性和高安全性的鈣-氧氣電池，為柔性電池發(fā)展提供了新思路。

鈣金屬具有低氧化還原電位和多價性等特性，結(jié)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(yīng)用中具有廣闊前景。