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中國(guó)研發(fā)出新型高效鈣離子混合儲(chǔ)能器件

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2019-02-15 18:37:31 字號(hào)：A- A A+ 來(lái)源：觀察者網(wǎng)

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（觀察者網(wǎng)訊）據(jù)觀察者2月15日從中科院獲悉，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)出了一種能在室溫下工作的新型高效鈣離子混合儲(chǔ)能器件，其獲得了鈣離子儲(chǔ)能體系的最佳性能。相關(guān)研究成果“A Calcium-Ion Hybrid Energy Storage Device with High Capacity and Long Cycling Life under Room Temperature”已在線發(fā)表于國(guó)際期刊Advanced Energy Materials（《先進(jìn)能源材料》，Adv. Energy Mater. 2019, 1803865）上。

鈣儲(chǔ)量豐富，是鋰的2500倍，能提供二電子反應(yīng)且擁有優(yōu)秀的動(dòng)力學(xué)性能，因此鈣離子儲(chǔ)能器件有望成為新一代高效低成本儲(chǔ)能技術(shù)。然而，在過(guò)去二十多年里，鈣離子儲(chǔ)能技術(shù)所需的正、負(fù)極材料，電解液均發(fā)展緩慢。由于缺乏合適的電極材料與電解液的組合，使得難以構(gòu)建基于搖椅式工作機(jī)制的完整儲(chǔ)能器件，從而嚴(yán)重阻礙了鈣離子儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。該領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn)，采用陰離子與正極反應(yīng)、陽(yáng)離子與負(fù)極反應(yīng)的多離子工作機(jī)制有望解決上述問(wèn)題。在多離子工作器件中，基于非法拉第反應(yīng)的超級(jí)電容器具有長(zhǎng)壽命、高倍率等優(yōu)點(diǎn)，然而其工作電壓及容量較低；而基于法拉第反應(yīng)的雙離子電池雖然具有高電壓、高容量，但由于陰離子對(duì)正極結(jié)構(gòu)的破壞，使得循環(huán)性能與倍率性能較差。

為解決上述問(wèn)題，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員吳南中、姚文嬌等人研發(fā)出了新型鈣離子混合儲(chǔ)能器件。該器件采用電容型材料活性炭作為正極、電池型材料錫箔作為負(fù)極，Ca(PF6)2作為工作電解質(zhì)。當(dāng)電池充電時(shí)，PF6-與活性炭發(fā)生吸附反應(yīng)，Ca2+與錫箔發(fā)生合金化反應(yīng)，放電過(guò)程則相反。該鈣離子儲(chǔ)能器件有效利用了超級(jí)電容器與雙離子電池的各自特點(diǎn)，從而獲得了高電壓、大容量和高倍率性能，并且在室溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.2 A/g的電流密度下，循環(huán)1000次后，容量保持率高達(dá)84%。

(a)超級(jí)電容器，(b)雙離子電池和(c)混合儲(chǔ)能器件在充電過(guò)程中的正(紅線)、負(fù)(藍(lán)線)極電位變化；(d)鈣離子混合儲(chǔ)能器件的循環(huán)穩(wěn)定性，1000次循環(huán)后，容量保持率為84%；（e）鈣離子混合儲(chǔ)能器件在不同循環(huán)次數(shù)下的充放電曲線。
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- 責(zé)任編輯:于文凱
- 最后更新: 2019-02-15 19:14:42
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