紡織、柔性、可穿戴！復旦大學研發出室溫下可充鈣-氧電池
復旦大學研發出新型鈣-氧氣電池，可在室溫條件下充放電，穩定運行700次循環，具有高柔性和高安全性、較低成本等優勢。這種電池還可以制成柔性纖維并進行編織，用于下一代可穿戴系統的紡織電池。
2月7日，相關成果以《室溫下可充鈣-氧氣電池》（A rechargeable calcium-oxygen battery that operates at room temperature）為題在線發表于國際學術期刊《自然》（Nature）。
鈣-氧氣電池結構示意圖。
前述研究由復旦大學纖維電子材料與器件研究院、高分子科學系、先進材料實驗室、聚合物分子工程國家重點實驗室彭慧勝/王兵杰團隊，聯合王永剛、周豪慎、陸俊等合作者完成。
鈣或鈣的化合物被氧化，生成其他氧化物，這是鈣-氧電池的基本原理。在理論上，鈣-氧電池可以做到低成本、高容量。因為它在基于金屬鈣的電池中具有最高的理論能量密度，且我國的鈣資源也相對豐富。
但實際上，很少有電解質可以同時容納或匹配具有高還原性的鈣金屬負極和氧氣正極。而且鈣-氧電池的放電產物往往比較惰性，難以實現多次充放電。
研究人員發現，在室溫下穩定充放電的鈣-氧氣電池面臨的關鍵挑戰在于，電解液容易被鈣金屬負極還原分解，并在電極表面形成鈍化層，導致負極失效；而空氣正極具有高電極電勢，也容易導致電解液分解。人們此前未能找到一種能與鈣金屬負極相匹配，且能適應高電極電勢空氣正極的電解質。
為了解決上述挑戰，研究團隊通過系統設計溶劑、電解質鹽以及電解質配比，制備出基于二甲基亞砜/離子液體的新型電解質。
最新發展出的新型鈣-氧氣電池主要由三個部分構成：金屬鈣負極、碳納米管空氣正極和有機電解質。
該電池通過使用耐用的離子液體新型電解質，在室溫下促進負極的鈣金屬鍍層剝離，并改善空氣正極的氧化還原反應，實現了高度可逆的雙電子反應。該電池的放電產物是過氧化鈣。
研究人員表示，這一新型鈣-氧氣電池的設計兼顧了性能、成本、環境可持續性要求以及柔性電子設備中應用的要求。
其中，正極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物；負極材料成本較低，還具有較高的理論容量；電解質在室溫下表現出了高離子導率和穩定的電化學特性，提升了電池的整體安全性。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06949-x
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