Recentemente, pesquisadores da Universidade Fudan criaram um novo tipo de bateria de cálcio-oxigênio que pode ser carregada e descarregada em temperatura ambiente e opera de forma estável por 700 ciclos. Ele mostra as vantagens de alta segurança e menor custo, e fornece novas ideias para o desenvolvimento de tecidos para baterias vestíveis. Resultados relevantes foram publicados online na principal revista da Nature.

Entende-se que o cálcio metálico possui características de baixo potencial redox e multivalência. Combinados com os abundantes recursos de cálcio do meu país, os sistemas de baterias baseados em cálcio metálico têm amplas perspectivas em futuras aplicações energéticas.

Entre as baterias baseadas em cálcio metálico, as baterias de cálcio-oxigênio têm a maior densidade de energia teórica, mas uma bateria de cálcio-oxigênio que possa carregar e descarregar de forma estável à temperatura ambiente ainda não foi realizada. A principal questão e desafio é que o eletrodo negativo de cálcio metálico tem alta atividade eletroquímica, o que facilmente faz com que o eletrólito seja reduzido e decomposto e forma uma camada de passivação na superfície do eletrodo, fazendo com que o eletrodo negativo de cálcio metálico falhe. O cátodo de ar tem um alto potencial de eletrodo, o que causa facilmente a oxidação e a decomposição do eletrólito, e o desempenho eletroquímico do eletrodo positivo diminui rapidamente. Ainda é difícil encontrar um eletrólito que possa corresponder ao eletrodo negativo de cálcio metálico e se adaptar ao eletrodo positivo de ar de alto potencial, o que restringe seriamente o desenvolvimento de baterias de cálcio-oxigênio.

Para resolver este desafio, a equipe preparou com sucesso um novo eletrólito baseado em dimetilsulfóxido/líquido iônico, projetando sistematicamente solventes, sais eletrolíticos e proporções de eletrólitos, que atendessem efetivamente aos altos requisitos dos eletrodos positivos e negativos da bateria e construíram uma nova bateria de cálcio-oxigênio que pode operar em temperatura ambiente.

Os pesquisadores disseram que a recém-criada bateria de cálcio-oxigênio é composta principalmente de três partes: eletrodo negativo de cálcio metálico, eletrodo positivo de ar de nanotubo de carbono e eletrólito orgânico. O design da bateria não só otimiza o desempenho e o custo, mas também leva em consideração a sustentabilidade ambiental e os requisitos de aplicação em dispositivos eletrônicos flexíveis. Dentre eles, o ânodo metálico de cálcio possui baixo custo e alta capacidade teórica. Ao mesmo tempo, o cálcio metálico pode ser ainda carregado em um substrato flexível para obter um ânodo de cálcio metálico flexível, que estabelece as bases para a realização de uma bateria flexível de cálcio-oxigênio. O novo eletrólito exibe alta condutividade iônica à temperatura ambiente, demonstra propriedades eletroquímicas estáveis ​​e melhora significativamente a segurança geral da bateria.

Segundo relatos, esse tipo de bateria pode suportar até 700 ciclos de carga e descarga em temperatura ambiente. Com base nisso, a equipe também construiu com sucesso uma bateria de cálcio-oxigênio que é altamente flexível e segura, que pode ser usada para preparar a próxima geração de tecidos de bateria vestíveis.