前言
发展多价态(而非一价)离子可充电电池是提高能量储存密度的一种途径。其中，Mg2+, Al3+ 和 Ca2+是较有潜力的材料.以Mg2+, Al3+ 离子电池研究较多。而钙离子电池(Calcium-ion batteries, CIBs)因Ca2+还原电势接近于Li+，比Mg和Al基都低，但是 Ca2+难以传输导致其研究极具挑战。
前人报道中，利用熔融的Ca-Mg合金作为阴极，实现了550-700 ℃的电池循环(Nat. Commun. 7, 10999 (2016).)。而利用含Ca(BF4)2盐的碳酸电解质中，Ca金属负电极可以在100℃实现了多次充放电循环(Nat. Mater. 15, 169–173 (2016))。
但是这些电池工作温度离日常广泛使用的室温场景相差较大。
4月23日，Nature Chemistry上线了唐永炳和成会明老师团队的成果，利用可逆的钙合金化反应于室温实现了可充电的钙离子电池(Nature Chemistry (2018), doi:10.1038/s41557-018-0045-4)。
第一作者：Meng Wang
通讯作者：唐永炳，成会明
第一单位：中国科学院深圳先进技术研究院
全文亮点
- 使用石墨作为正极，锡箔作为负极和集流器的新型电池结构，于室温实现了可充电式钙离子电池(CIB)。
- 正极的六氟磷酸的插层/去插层以及负极的钙离子合金/去合金化反应，组成了钙离子电池的高可逆电化学反应过程。
- 钙离子电池优化后，工作电压达到4.45V,且350个循环之后容量保持95%。
图文快解
图1.1 钙离子电池构造原理以及充放电曲线。
图1.2 电池正负极反应机理研究。
图2 典型钙离子电池充放电曲线。XRD研究负极Sn放电状态以及相应Ca7Sn6合金的结构。
图3 电化学性能测试。
作者简介
唐永炳 研究员
中国科学院深圳先进技术研究院研究员、博士生导师，功能薄膜材料究中心主任，广东省金刚石与立方氮化硼超硬涂层工程技术研究中心主任，深圳市航空航天超硬涂层材料与技术工程实验室主任。主要从事新型储能材料及器件、功能薄膜材料的研发与应用研究。主持和参与国家自然基金、广东省创新团队项目、深圳市孔雀团队、香港科技创新署、中科院项目及深圳市技术攻关等在内的相关科研项目10余项。已发表相关SCI论文83篇，其中影响因子＞10论文24篇，他引超过2800次，H-index=30，以第一及通讯作者代表性论文发表于Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.，ACS Nano，Adv. Funct. Mater.，Small等材料领域知名国际期刊论文，其中8篇论文被选为封面文章。申请专利220项，包括发明专利148项，PCT国际专利27项，美国1项，实用新型45项，授权27项。基于新型电池技术，团队成功完成技术转移孵化，其中23项发明专利实现了产业化转让，“柔性超快充放电池”被评为第十九届高交会“十大人气产品奖”和“优秀产品奖”。
成会明 院士
成会明，炭材料科学家。中国科学院院士、发展中国家科学院院士。1984年毕业于湖南大学，1987、1992年在中科院金属研究所获硕士和博士学位（与日本联合培养）。现任清华-伯克利深圳学院低维材料与器件实验室主任、中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部主任。主要从事碳纳米管、石墨烯、其他二维材料、能量转换和储存材料等研究。获得发明专利百余项，在国内外学术会议上做特邀报告140多次，发表论文550余篇，被引用54000多次，是化学和材料两个领域高被引学者。获国家自然科学二等奖、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国Charles E. Pettinos奖、德国Felcht奖、美国ACS Nano讲座奖等奖励。曾任《Carbon》副主编、《新型炭材料》主编，现任《Energy Storage Materials》主编、《Science China Materials》副主编。
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