New electrolyte charges efforts to achieve viable calcium batteries — ABC Chemicals


Электролит с впечатляющими электролитическими свойствами был впервые использован для демонстрации кальциевых батарей комнатной температуры с металлсульфидными катодами.1 Новое соединение представляет собой значительный шаг к накоплению энергии после лития.

Ограниченные поставки сырья, а также проблемы с производительностью и безопасностью означают, что литий-ионные аккумуляторы пытаются удовлетворить глобальные потребности в дешевом накоплении энергии. Одна альтернатива — кальциевые батареи. По сравнению с одновалентными ионами лития многовалентные ионы, такие как кальций, могут доставлять в два или три раза больше электронов на ион между электродами, обеспечивая таким образом более высокую емкость, чем это может быть достигнуто с помощью эквивалентов лития и натрия. В отличие от натрия и лития, также могут быть использованы металлические аноды многовалентных соединений, что позволило бы значительно увеличить плотность энергии в таких батареях. Тем не менее, отсутствие подходящих электролитов препятствует этой молодой области исследований.

«До сих пор было очень трудно отделить и нанести кальций с анода из металлического кальция», — говорит Максимилиан Фихтнер из Института Гельмгольца в Ульме, Германия, который руководил работой. «Задача состояла в том, чтобы найти систему, способную обратимо поглощать и выделять кальций». Предыдущие электролиты из кальциевых батарей подвергались многочисленным техническим помехам, включая высокие рабочие температуры, плохую стабильность и плохую анодную стабильность, что приводит к образованию пассивирующих пленок на поверхности анодного кальция.

Вдохновленный их недавней работой над магниевыми батареями,2 Группа Фихтнера использовала простой одностадийный синтез коммерчески доступных предшественников для получения тетракис (гексафторизопропилокси) бората кальция — электролита, который не имеет подобных недостатков. «Анион очень большой и слабо взаимодействует с катионом, поэтому активность иона высока, и мы обнаруживаем ионную проводимость, аналогичную проводимости в литий-ионных батареях», — говорит он. «Еще одна хорошая вещь — анион окружен фторидными группами, и это открывает окно стабильности».

New electrolyte charges efforts to achieve viable calcium batteries - ABC Chemicals

«Преимущество этой соли в том, что не так много можно растворить в обычных растворителях», — комментирует Александр Понруч, химик в твердом состоянии, исследующий кальциевые батареи в Институте материаловедения Барселоны, Испания. Фихтнер также подчеркивает эти преимущества: «Многие другие соли растворимы только в небольшой степени, а затем только в определенных растворителях, таких как ТГФ [тетрагидрофуран]… ТГФ имеет температуру кипения 65 ° С, поэтому вы не хотите иметь это в батарея.’

«Синтез также не так сложен, поэтому его легко реализовать в лаборатории», — говорит Понруч.

Важно отметить, что получение жизнеспособных кальциевых электролитов позволит исследователям исследовать различные катодные материалы и установить некоторые контрольные показатели в области, где это еще не было возможно. Как объясняет Фихтнер: «Трудно работать с этими новыми типами батарей. Если вы работаете на литий-ионных батареях, это хорошо разработанная система — если вы хотите что-то сделать с электролитом, вы берете стандартный анод, стандартный катод и тестируете его … если вы начинаете с нуля, ничего не происходит. ‘

Таким образом, новый электролит расширяет два направления исследований кальциевых аккумуляторов: один преследует фундаментальное понимание того, как работают электролиты и какие химические свойства делают их подходящими, а другой сфокусирован на тестировании новых материалов электродов для кальциевых аккумуляторов. «Этот электролит также ненуклеофильный, поэтому он может работать с серными катодами», — говорит Фихтнер, который, как он объясняет, позволит избежать использования менее распространенных электродных материалов, таких как кобальт.

Поскольку предстоит еще многое понять о химическом составе кальциевых аккумуляторов, принять ряд стандартов тестирования и преодолеть технические проблемы, еще предстоит пройти некоторое время, прежде чем потенциал кальциевых аккумуляторов будет полностью реализован. Однако, как подчеркивает Понруч: «Новая кальциевая соль в семье определенно обнадеживает и обещает будущую работу».







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *