前言
發展多價態(而非一價)離子可充電電池是提高能量儲存密度的一種途徑。其中，Mg2+, Al3+ 和 Ca2+是較有潛力的材料.以Mg2+, Al3+ 離子電池研究較多。而鈣離子電池(Calcium-ion batteries, CIBs)因Ca2+還原電勢接近於Li+，比Mg和Al基都低，但是 Ca2+難以傳輸導致其研究極具挑戰。
前人報道中，利用熔融的Ca-Mg合金作為陰極，實現了550-700 ℃的電池循環(Nat. Commun. 7, 10999 (2016).)。而利用含Ca(BF4)2鹽的碳酸電解質中，Ca金屬負電極可以在100℃實現了多次充放電循環(Nat. Mater. 15, 169–173 (2016))。
但是這些電池工作溫度離日常廣泛使用的室溫場景相差較大。
4月23日，Nature Chemistry上線了唐永炳和成會明老師團隊的成果，利用可逆的鈣合金化反應於室溫實現了可充電的鈣離子電池(Nature Chemistry (2018), doi:10.1038/s41557-018-0045-4)。
第一單位：中國科學院深圳先進技術研究院
全文亮點
使用石墨作為正極，錫箔作為負極和集流器的新型電池結構，於室溫實現了可充電式鈣離子電池(CIB)。
正極的六氟磷酸的插層/去插層以及負極的鈣離子合金/去合金化反應，組成了鈣離子電池的高可逆電化學反應過程。
鈣離子電池優化後，工作電壓達到4.45V,且350個循環之後容量保持95%。
圖文快解
圖1.1 鈣離子電池構造原理以及充放電曲線。
圖1.2 電池正負極反應機理研究。
圖2 典型鈣離子電池充放電曲線。XRD研究負極Sn放電狀態以及相應Ca7Sn6合金的結構。
圖3 電化學性能測試。
唐永炳 研究員
中國科學院深圳先進技術研究院研究員、博士生導師，功能薄膜材料究中心主任，廣東省金剛石與立方氮化硼超硬塗層工程技術研究中心主任，深圳市航空航天超硬塗層材料與技術工程實驗室主任。主要從事新型儲能材料及器件、功能薄膜材料的研發與應用研究。主持和參與國家自然基金、廣東省創新團隊項目、深圳市孔雀團隊、香港科技創新署、中科院項目及深圳市技術攻關等在內的相關科研項目10餘項。已發表相關SCI論文83篇，其中影響因子＞10論文24篇，他引超過2800次，H-index=30，以第一及通訊作者代表性論文發表於Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.，ACS Nano，Adv. Funct. Mater.，Small等材料領域知名國際期刊論文，其中8篇論文被選為封面文章。申請專利220項，包括髮明專利148項，PCT國際專利27項，美國1項，實用新型45項，授權27項。基於新型電池技術，團隊成功完成技術轉移孵化，其中23項發明專利實現了產業化轉讓，“柔性超快充放電池”被評為第十九屆高交會“十大人氣產品獎”和“優秀產品獎”。
成會明 院士
成會明，炭材料科學家。中國科學院院士、發展中國家科學院院士。1984年畢業於湖南大學，1987、1992年在中科院金屬研究所獲碩士和博士學位（與日本聯合培養）。現任清華-伯克利深圳學院低維材料與器件實驗室主任、中科院金屬所瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部主任。主要從事碳納米管、石墨烯、其他二維材料、能量轉換和儲存材料等研究。獲得發明專利百餘項，在國內外學術會議上做特邀報告140多次，發表論文550餘篇，被引用54000多次，是化學和材料兩個領域高被引學者。獲國家自然科學二等獎、國防科技進步二等獎、何梁何利科學與技術進步獎、美國Charles E. Pettinos獎、德國Felcht獎、美國ACS Nano講座獎等獎勵。曾任《Carbon》副主編、《新型炭材料》主編，現任《Energy Storage Materials》主編、《Science China Materials》副主編。
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