圖片來源：復(fù)旦大學(xué)

來自復(fù)旦大學(xué)官微的消息顯示，近日，復(fù)旦大學(xué)科研人員創(chuàng)建出一種新型鈣-氧氣電池，可在室溫條件下充放電，穩(wěn)定運(yùn)行700次循環(huán)，展現(xiàn)出高安全性、較低成本等優(yōu)勢(shì)，并為可穿戴電池織物的發(fā)展提供了新思路。相關(guān)成果已在線發(fā)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(jià)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。

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(shí)現(xiàn)能夠在室溫下穩(wěn)定充放電的鈣-氧氣電池。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；空氣正極具有高電極電勢(shì)，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(shì)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)，團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)溶劑、電解質(zhì)鹽以及電解質(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（附圖1）。

圖1. 鈣-氧氣電池結(jié)構(gòu)示意圖

該研究發(fā)展出的鈣-氧氣電池主要由三個(gè)部分構(gòu)成：金屬鈣負(fù)極、碳納米管空氣正極和有機(jī)電解質(zhì)。該電池設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)較高的能量密度。同時(shí)，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(shí)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，這種電解質(zhì)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。

圖2. 鈣-氧氣電池放電產(chǎn)物的可逆生成和分解（左）與充放電循環(huán)穩(wěn)定性（右）

據(jù)介紹，這種電池可支持室溫條件下長(zhǎng)達(dá)700次的充放電循環(huán)（附圖2）。該團(tuán)隊(duì)還在此基礎(chǔ)上成功構(gòu)建出同時(shí)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。