La Universidad de Fudan ha desarrollado un nuevo tipo de batería de calcio y oxígeno que puede cargarse y descargarse electroquímicamente a temperatura ambiente y funcionar de manera estable durante 700 ciclos, con alta seguridad y bajo costo.La batería fue estudiada por el equipo de Peng Huisheng/Wang Bingjie del Instituto de Materiales y Dispositivos Electrónicos de Fibra, el Departamento de Ciencia de Polímeros, el Laboratorio de Materiales Avanzados y el Laboratorio Estatal Clave de Ingeniería Molecular de Polímeros de la Universidad de Fudan, junto con colaboradores como Wang Yonggang, Zhou Haoshen y Lu Jun.

El 7 de febrero de 2024, los resultados relevantes se publicaron en línea en la revista principal Nature con el título "Una batería recargable de calcio y oxígeno que funciona a temperatura ambiente".

Según los informes, entre las baterías basadas en calcio metálico, las baterías de calcio y oxígeno tienen la densidad de energía teórica más alta, pero no han podido cargarse ni descargarse de manera estable a temperatura ambiente.

Las cuestiones y desafíos clave son,El electrodo negativo de calcio metal tiene una alta actividad electroquímica, lo que puede hacer que el electrolito se reduzca y descomponga fácilmente y forme una capa de pasivación en la superficie del electrodo, lo que invalida el electrodo negativo de calcio metal;

al mismo tiempo,El cátodo de aire tiene un alto potencial de electrodo, lo que fácilmente conduce a la oxidación y descomposición del electrolito, y el rendimiento electroquímico del cátodo disminuye rápidamente.

Todavía es difícil encontrar un electrolito que pueda coincidir con el electrodo negativo de calcio metálico y adaptarse al electrodo positivo de aire de alto potencial del electrodo, lo que restringe seriamente el desarrollo de baterías de calcio y oxígeno.

Para abordar este desafío,El equipo de la Universidad de Fudan preparó con éxito un nuevo electrolito basado en dimetilsulfóxido/líquido iónico mediante el diseño sistemático de disolvente, sal de electrolito y relación de electrolito, que cumplió eficazmente con los altos requisitos de los electrodos positivo y negativo de la batería y construyó una nueva batería de calcio y oxígeno que puede funcionar a temperatura ambiente.

Este nuevo tipo de batería de calcio y oxígeno consta principalmente de tres partes: electrodo negativo de calcio metálico, electrodo positivo de aire de nanotubos de carbono y electrolito orgánico.

No solo optimiza el rendimiento y el costo, sino que también tiene en cuenta la sostenibilidad ambiental y los requisitos de aplicación en dispositivos electrónicos flexibles.

Entre ellos, el ánodo de calcio metálico no solo tiene un costo menor, sino que también tiene una capacidad teórica más alta, lo que favorece el logro de una mayor densidad de energía de la batería completa.

Al mismo tiempo, se puede cargar aún más calcio metálico sobre el sustrato flexible para obtener un electrodo negativo de calcio metálico flexible, sentando las bases para la realización de baterías flexibles de calcio y oxígeno.

El electrolito se basa en un sistema de dimetilsulfóxido/líquido iónico, que no solo exhibe una alta conductividad iónica a temperatura ambiente, sino que también exhibe propiedades electroquímicas estables, lo que mejora significativamente la seguridad general de la batería.

El material del cátodo utiliza un material de carbono más respetuoso con el medio ambiente, no contiene costosos catalizadores de metales preciosos y utiliza oxígeno del aire como reactivo, lo que ayuda a reducir los costos de fabricación de la batería.

A temperatura ambiente, esta nueva batería de calcio y oxígeno puede lograr una generación y descomposición reversible de los productos de descarga, con un ciclo de vida de carga y descarga de hasta 700 veces.

Sobre esta base, el equipo de investigación también construyó con éxito una batería de calcio y oxígeno que es a la vez muy flexible y muy segura, lo que aporta nuevas ideas para el desarrollo de baterías flexibles.

El calcio metálico tiene las características de bajo potencial redox y multivalencia. Combinados con los abundantes recursos de calcio de mi país, los sistemas de baterías basados ​​en calcio metálico tienen amplias perspectivas en futuras aplicaciones energéticas.