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中國研發(fā)出新型高效鈣離子混合儲能器件

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2019-02-15 18:37:31 字號：A- A A+ 來源：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，近日中國科學(xué)院深圳先進技術(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隊成功研發(fā)出了一種能在室溫下工作的新型高效鈣離子混合儲能器件，其獲得了鈣離子儲能體系的最佳性能。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)表于國際期刊Advanced Energy Materials（《先進能源材料》，Adv. Energy Mater. 2019, 1803865）上。

鈣儲量豐富，是鋰的2500倍，能提供二電子反應(yīng)且擁有優(yōu)秀的動力學(xué)性能，因此鈣離子儲能器件有望成為新一代高效低成本儲能技術(shù)。然而，在過去二十多年里，鈣離子儲能技術(shù)所需的正、負極材料，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制的完整儲能器件，從而嚴(yán)重阻礙了鈣離子儲能技術(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)、陽離子與負極反應(yīng)的多離子工作機制有望解決上述問題。在多離子工作器件中，基于非法拉第反應(yīng)的超級電容器具有長壽命、高倍率等優(yōu)點，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。

為解決上述問題，唐永炳及其團隊成員吳南中、姚文嬌等人研發(fā)出了新型鈣離子混合儲能器件。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極，Ca(PF6)2作為工作電解質(zhì)。當(dāng)電池充電時，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)，放電過程則相反。該鈣離子儲能器件有效利用了超級電容器與雙離子電池的各自特點，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84%。

(a)超級電容器，(b)雙離子電池和(c)混合儲能器件在充電過程中的正(紅線)、負(藍線)極電位變化；(d)鈣離子混合儲能器件的循環(huán)穩(wěn)定性，1000次循環(huán)后，容量保持率為84%；（e）鈣離子混合儲能器件在不同循環(huán)次數(shù)下的充放電曲線。
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