??近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員郎集會(huì)、蔣春磊、方月等研發(fā)了一種具有高倍率、長(zhǎng)循環(huán)的室溫鈣基多離子電池，創(chuàng)新性地提出了三離子設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)15 C的倍率性能（容量保持率97%），并在5 C的倍率條件下循環(huán)1500圈仍具有86%的容量保持率，是目前已報(bào)道鈣基全電池中的最好性能。相關(guān)成果以Room-Temperature Rechargeable Ca-Ion Based Hybrid Batteries with High Rate Capability and Long-Term Cycling Life 為題發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

鈣豐富的資源儲(chǔ)量、與鋰接近的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)以及二價(jià)態(tài)（電荷數(shù)目是鋰離子的2倍）特性，使得鈣離子儲(chǔ)能器件在儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，鈣金屬負(fù)極在常規(guī)有機(jī)電解液中形成鈍化膜，在室溫下難以實(shí)現(xiàn)可逆的沉積/剝離反應(yīng)；此外，鈣離子半徑較大導(dǎo)致倍率和循環(huán)性能較差，嚴(yán)重阻礙了鈣離子儲(chǔ)能器件的發(fā)展。

基于上述考慮，唐永炳（通訊作者）及其團(tuán)隊(duì)成員郎集會(huì)（第一作者）、蔣春磊（共同第一作者）、方月（共同第一作者）等成功研發(fā)出一種基于三離子反應(yīng)策略（Ca2+/Li+/PF6-）的新型鈣離子電池。通過(guò)研究二元相圖并結(jié)合理論計(jì)算，該電池選用可以同時(shí)與Ca2+和Li+發(fā)生合金化反應(yīng)的Sn金屬作為負(fù)極材料，選用可以與PF6-發(fā)生可逆插層反應(yīng)的膨脹石墨作為正極材料。一方面，由于PF6-插層石墨良好的可逆性，避免了鈣離子在傳統(tǒng)正極材料中由于緩慢的動(dòng)力學(xué)過(guò)程造成的倍率性能低、循環(huán)性能差的問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)高性能鈣離子電池提供了更多的正極材料選擇；另一方面，通過(guò)雜化適量離子半徑小、擴(kuò)散速率快的鋰離子，能有效改善鈣離子發(fā)生合金化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能。通過(guò)以上兩種反應(yīng)機(jī)理的協(xié)同作用，顯著提高了鈣基多離子電池的電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的鈣電池在15 C的高倍率條件下容量保持率達(dá)到97%；在5 C倍率下循環(huán)1500圈容量保持率達(dá)到86%，是目前已報(bào)道鈣基全電池中的最好性能。該工作為設(shè)計(jì)室溫可逆鈣離子儲(chǔ)能器件提供了一種新的解決思路。

該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目、廣東省科技計(jì)劃和深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。

鈣基多離子電池結(jié)構(gòu)示意圖及循環(huán)性能曲線