L'Université de Fudan a développé un nouveau type de batterie calcium-oxygène capable de se charger et de se décharger électrochimiquement à température ambiante et de fonctionner de manière stable pendant 700 cycles, avec une sécurité élevée et un faible coût.La batterie a été étudiée par l'équipe Peng Huisheng/Wang Bingjie de l'Institut des matériaux et dispositifs électroniques à fibres de l'Université de Fudan, du Département de science des polymères, du Laboratoire des matériaux avancés et du Laboratoire clé d'État d'ingénierie moléculaire des polymères, en collaboration avec des collaborateurs tels que Wang Yonggang, Zhou Haoshen et Lu Jun.
Le 7 février 2024, les résultats pertinents ont été publiés en ligne dans la revue principale Nature sous le titre « Une batterie calcium-oxygène rechargeable qui fonctionne à température ambiante ».
Selon les rapports, parmi les batteries à base de calcium métallique, les batteries calcium-oxygène ont la densité énergétique théorique la plus élevée, mais elles ont été incapables de se charger et de se décharger de manière stable à température ambiante.
Les principaux problèmes et défis sont les suivants :L'électrode négative en calcium-métal a une activité électrochimique élevée, ce qui peut facilement provoquer la réduction et la décomposition de l'électrolyte et former une couche de passivation sur la surface de l'électrode, rendant l'électrode négative en calcium-métal invalide ;
en même temps,La cathode à air a un potentiel d'électrode élevé, ce qui conduit facilement à l'oxydation et à la décomposition de l'électrolyte, et les performances électrochimiques de la cathode diminuent rapidement.
Il est encore difficile de trouver un électrolyte capable de correspondre à l'électrode négative calcium-métal et de s'adapter à l'électrode positive air à potentiel d'électrode élevé, ce qui limite sérieusement le développement des batteries calcium-oxygène.
Pour relever ce défi,L'équipe de l'Université de Fudan a préparé avec succès un nouvel électrolyte à base de diméthylsulfoxyde/liquide ionique grâce à une conception systématique du solvant, du sel électrolytique et du rapport électrolyte, qui a efficacement répondu aux exigences élevées des électrodes positives et négatives de la batterie et a construit une nouvelle batterie calcium-oxygène pouvant fonctionner à température ambiante.
Ce nouveau type de batterie calcium-oxygène se compose principalement de trois parties : une électrode négative au calcium métallique, une électrode positive à l'air en nanotubes de carbone et un électrolyte organique.
Il optimise non seulement les performances et les coûts, mais prend également en compte la durabilité environnementale et les exigences d'application des appareils électroniques flexibles.
Parmi eux, l'anode métallique en calcium a non seulement un coût inférieur, mais a également une capacité théorique plus élevée, ce qui permet d'atteindre une densité énergétique plus élevée de la batterie complète.
Dans le même temps, du calcium métallique peut être chargé davantage sur le substrat flexible pour obtenir une électrode négative flexible en calcium métallique, jetant ainsi les bases de la réalisation de batteries flexibles calcium-oxygène.
L'électrolyte est basé sur un système diméthylsulfoxyde/liquide ionique, qui présente non seulement une conductivité ionique élevée à température ambiante, mais présente également des propriétés électrochimiques stables, améliorant considérablement la sécurité globale de la batterie.
Le matériau de la cathode utilise un matériau carboné plus respectueux de l'environnement, ne contient pas de catalyseurs coûteux en métaux précieux et utilise l'oxygène de l'air comme réactif, ce qui contribue à réduire les coûts de fabrication des batteries.
À température ambiante, cette nouvelle batterie calcium-oxygène peut générer et décomposer de manière réversible des produits de décharge, avec une durée de vie du cycle de charge-décharge allant jusqu'à 700 fois.
Sur cette base, l’équipe de recherche a également réussi à construire une batterie calcium-oxygène à la fois hautement flexible et hautement sûre, offrant ainsi de nouvelles idées pour le développement de batteries flexibles.
Le calcium métallique présente les caractéristiques d'un faible potentiel rédox et d'une multivalence. Combinés aux abondantes ressources en calcium de mon pays, les systèmes de batteries basés sur le calcium métallique offrent de larges perspectives dans les futures applications énergétiques.