stringtranslate.com

Кальциевая батарея

Кальциевые (ионные) батареи — это технологии хранения и доставки энергии (т. е. электрохимическое хранение энергии ), которые используют ионы кальция (катионы), Ca2 + , в качестве активного носителя заряда . [1] [2] [3] Кальциевые (ионные) батареи остаются активной областью исследований, [4] [5] с продолжающимися исследованиями и работами по открытию и разработке электродов и электролитов, которые обеспечивают стабильную, длительную работу батареи. [6] Кальциевые батареи быстро становятся признанной альтернативой литий-ионной технологии из-за их схожей производительности, значительно большей распространенности и более низкой стоимости. [7] [8]

История

Кальциевые батареи появились в 1960-х годах и использовались в качестве тепловых батарей для военных и космических приложений. [9] Первым примером электрохимической ячейки был Ca//SOCl2 в качестве первичной ячейки. [10] Ранние исследования интеркаляционных хозяев Ca 2+ предложили оксиды и сульфиды переходных металлов. [11] Продолжалось изучение кальциевых батарей, а также электрохимии кальция. Исследования расширились благодаря разработкам в области эффективной окислительно-восстановительной активности Ca-металла, особенно при комнатной температуре, что было давней проблемой.

Преимущества

Кальциевые батареи пользуются популярностью из-за их нескольких ключевых преимуществ:

Распространенность: кальций гораздо более распространен по сравнению с такими элементами, как литий и цинк, что делает его более доступным и менее подверженным сбоям в цепочке поставок.

Окислительно-восстановительный потенциал: Окислительно-восстановительный потенциал кальция сопоставим с потенциалом лития, что обещает хорошие вольтажные характеристики для высокопроизводительных аккумуляторов.

Заряд: Ионы кальция несут двойной положительный заряд (2+), что обеспечивает потенциально более высокую плотность энергии, чем однозарядные ионы, такие как литий (1+) и натрий (1+).

Безопасность: свободный кальций стабилен, негорюч и менее реактивен, чем литий.

Практичность и стабильность: кальций является практичным выбором для производства и стабилен для долгосрочного использования, что отражает его пригодность для широкого коммерческого применения и химическую стабильность с течением времени.

Сравнение

Свойства материала

Металлический кальций обеспечивает высокую проводимость и высокую температуру плавления (842 °C) по сравнению с другими металлами. Более высокая температура плавления может сделать металлический кальций по своей сути более безопасным в батареях. Кальций экологически безопасен, что снижает опасения по поводу токсичности.

Ресурсы и поставки

Кальциевые батареи являются одними из многих кандидатов на замену технологии литий-ионных батарей . Это многовалентная батарея . Основными преимуществами являются более низкая стоимость, обилие земли (41 500 ppm), более высокая плотность энергии , большая емкость и высокое напряжение элемента, [12] и потенциально более высокая плотность мощности . Кальций является пятым по распространенности минералом в земной коре, самым распространенным щелочноземельным металлом и третьим по распространенности металлом после алюминия (Al) и железа (Fe). [13] Соединенные Штаты являются крупнейшим производителем (по годовому производству) кальция (в основном известняка ). [ необходима цитата ] Другими крупными производителями являются Россия и Китай.

Электрохимия

Кальциевые батареи, возможно, имеют более высокое напряжение ячеек, чем магниевые батареи, из-за более низкого стандартного восстановительного потенциала первых на 0,5 В. Ионы Ca2 + имеют потенциал для более быстрой кинетики реакции по сравнению с магнием (Mg2 + ) из-за его меньших поляризующих свойств и плотности заряда как в электролите, так и в интеркаляционном катоде .

Мощность и плотность энергии

Аноды из металлического кальция имеют степень окисления 2+ , что может обеспечить большую плотность энергии по сравнению с одновалентными системами (т. е. Li + и Na +). Кальций имеет стандартный восстановительный потенциал 2,9 В, всего на 0,17 В больше, чем у металлического лития. Анод из металлического кальция обеспечивает более высокую объемную емкость и гравиметрическую емкость (2072 мАч.мл −1 и 1337 мАч.г −1 соответственно), чем коммерческие графитовые аноды в литий-ионных аккумуляторах (300–430 мАч.мл −1 и 372 мАч.г −1 ). [14] Аккумулятор из кальциево-серного (CaS) металла имеет теоретическую плотность энергии 3202 Вт⋅ч/л и 1835 Вт⋅ч/кг по сравнению с 2800 Вт⋅ч/л для Li//S.

Сравнение с другими аккумуляторными системами

Кальциевые батареи предлагают многообещающую производительность, безопасность и устойчивость по сравнению с другими распространенными технологиями батарей, такими как литий, натрий, магний, алюминий, калий и цинк. Конкретные преимущества кальция включают более высокую плотность энергии, повышенную безопасность, большую распространенность и стабильность, что усиливает его потенциал как ведущего выбора для будущих применений батарей.

Сравнение кальциевых батарей с другими системами. [8]

Компоненты

Схема кальциево-металлического аккумулятора, состоящего из анода из кальциевого металла, электролита (чаще всего жидкого) и интеркалированного, органического или серного катода.

Кальциевая батарея еще не коммерциализирована. Усилия сосредоточены на разработке эффективных анодных и катодных материалов, а также стабильных электролитов. Интенсивное внимание уделяется достижению надежной электрохимии с анодом из чистого металлического кальция, стремящимся к высоким рабочим напряжениям, емкостям и плотности энергии. Однако аноды на основе углерода и оксида металла, хотя и имеют более низкие показатели производительности, также надежны. Исследования катодов направлены на высокую кинетику миграции Ca 2+ , высокую емкость, а также высокие рабочие напряжения.

Электролиты

Компонент соли кальция

Соли, исследованные в жидких электролитах, включают: тетрафторборат кальция (Ca(BF4 ) 2 , борогидрид кальция (Ca(BH4 ) 2 , бис(трифторметансульфонимид) кальция (Ca(TFSI) 2 ), перхлорат кальция (Ca(ClO4 ) 2 ) , гексафторфосфат кальция (Ca(PF6 ) 2 ) и нитрат кальция (Ca(NO3 ) 2 ) . Нитрат кальция обычно используется в водных батареях . Ранние исследования показали, что обратимое осаждение Ca с использованием простых солей Ca невозможно при комнатной температуре. Соль Ca с использованием объемного, низкокоординирующего тетрагексафторизопропоксиборатного аниона [Ca(B(Ohfip) 4 ) 2 ] была независимо исследована тремя исследовательскими группами. Было показано, что она активна для осаждения Ca при комнатной температуре с кулоновской эффективностью до 80% и анодной стабильностью до 4,1 В против Ca. [15] [16] [17] Электролит [Ca(B(Ohfip) 4 ) 2 ] остается наиболее активным электролитом, но он намного ниже стандарта для практического применения.

Жидкость

Было изучено несколько систем электролитов. Многие кандидаты демонстрируют низкую электрохимическую стабильность. Окислительно-восстановительные реакции на металлическом кальции в нескольких органических электролитах позволяют избежать осаждения Ca, используя (Ca(ClO 4 ) 2 ) и Ca(BF 4 ) 2 в органических растворителях. [18] Были изучены вода [19] и алкилкарбонат, [20] [21] ионные жидкости , [22] смешанные катионные электролиты с Li/Ca и Na/Ca ( анион BH 4 - и PF 6 - ), а также K/Ca (анион PF 6 - ). [23] [24] [25] Были проведены исследования сольватации солей различных растворителей. [26] Теоретические исследования как солей, так и апротонных растворителей показывают благоприятные свойства сольватации/десольватации. [27] [28]

Полимер

Полимерные электролиты были исследованы как способ объединения функций сепаратора батареи и электролита. Одним из первых образцов полимерного электролита был комплекс PVA/PVP с CaCl 2 . [29] Последующие исследования продемонстрировали полимерные электролиты, изготовленные из поли(этиленгликоль)диакрилата (PEDGA) [30] и политетрагидрофурана (PTHF) [31] оба с нитратом кальция (Ca(NO 3 ) 2 ), полиэтиленоксидом , [32] одноионными проводящими полимерами на основе цепей PEG и PTHF и анионами TFSI, [33] гелевые полимерные электролиты на основе PEDGA, поливинилимидазол, [34] гелевые электролиты PVDF, [35] с использованием растворителей, таких как алкилкарбонаты и ионные жидкости. [36] [37] Совсем недавно поли(винилимидазол)электролит продемонстрировал одну из самых высоких проводимостей для Ca 2+ на сегодняшний день. [38]

Твердый

Были предложены твердые электролиты (например, керамика), но исследования остаются теоретическими.

Электроды сравнения

Подходящие контрольные электроды имеют решающее значение для точных и сопоставимых электрохимических исследований и показателей производительности различных анодных и катодных систем. Использование металлического кальция в качестве контрольного электрода представляет трудности из-за его нестабильности, проблем пассивации и дрейфа напряжения. Альтернативы включают электроды Cl/Cl+, активированный уголь и Ag2S. [39]

В одном исследовании был представлен электрод сравнения из сульфида серебра (I) (Ag 2 S) для исследования кальций-ионных аккумуляторов на основе серебряной проволоки, покрытой кристаллами сульфида серебра (I). Стандартный восстановительный потенциал Ag 2 S относительно стандартного водородного электрода был определен как изменяющийся от −0,291 до −0,477 В, с линейным поведением дрейфа напряжения, имеющим наклоны от −0,28 до −2,45 мВ/ч.

Аноды

Кальциевые аноды были сосредоточены на использовании металлических анодов, оксидов металлов, углерода и металлов/полупроводников в качестве легирующих соединений.

Примерами служат оксид ванадия (V 2 O 5 ), [40] сплав меди с кальцием, [41] MgV 2 O 5 , графит, [42] металлический кальций, [12] и кремниевые аноды. [43] Недавняя работа по гальванизации/удалению кальция была проведена в растворах этиленкарбоната / пропиленкарбоната (EC/PC) при повышенных температурах. [21] Аноды из металлического кальция показали практическое гальванопокрытие при комнатной температуре в электролитах, таких как тетрагидрофуран (THF) и бинарная смесь этиленкарбоната и пропиленкарбоната (EC/PC). [44] [20] Водные батареи использовали ванадат кальция. [19] Были рассмотрены графеноподобные материалы, такие как гекса-пери-гексабензокоронен нанографен. [45]

Катоды

Работа над кальциевыми катодами была сосредоточена на экспериментальном и теоретическом исследовании интеркаляционных соединений, а также серы в качестве конверсионного катода.

Значительный прогресс был достигнут с использованием в целом хороших интеркаляционных материалов, а также керамики с кристаллическими структурами, которые обеспечивают низкие барьеры энергии миграции для перемещения Ca 2+ через решетку. Двухвалентность кальция и большой ионный радиус требуют интеркаляционных хозяев с относительно открытыми кристаллическими каркасами и более мягкой кристаллической поляризацией для лучшей кинетики диффузии. Слоистые материалы, в которых Ca 2+ транспортируется через щель Ван-дер-Ваальса , являются еще одним подходом, обеспечивающим более быструю диффузию.

Оксиды и сульфиды металлического кальция являются областями исследования. Кандидаты включают оксид кальция и марганца, [46] оксид кальция и кобальта [40] и дисульфид титана , [47] [48] гексацианоферраты , [49] [50] или батареи с двойным носителем, [51] и водные батареи. [52] Теоретическая работа исследовала потенциал катодов из различных кристаллических структур, таких как перовскит (CaMO 3 ), [53] шпинель (CaM 2 O 4 , [54] [55] пост-шпинельная шпинель (CaM 2 O 4 ), [56] другие встречающиеся в природе соединения кальция, [57] селениды металлов, такие как TiSe 2 , [58] и другие фазы оксидов лантаноидов кальция.

Также обсуждались миграционные энергетические барьеры. [4]

Кальций–сера

Была исследована первичная батарея Ca–S. [59] Были исследованы батареи Ca–S, использующие Li в качестве посредника для обеспечения обратимости. [60] Открытие надежных электролитов для покрытия/удаления металлического кальция помогло обеспечить стабильную цикличность батареи Ca//S, однако растворение полисульфида остается проблемой.

Кальций–воздух

Была исследована кальциево-воздушная (Ca–O 2 ) батарея. [61] [62] В отличие от батарей Li-O 2 , в которых литий может образовывать супероксид, который легко подвергается окислительно-восстановительной активности, кальций окисляется только до химически стабильного оксида кальция (CaO), поэтому для восстановления CaO во время зарядки батареи требуются подходящие каталитические системы. Надежное покрытие и зачистка на аноде Ca также имеют решающее значение.

В 2024 году группа разработала батарею на основе кальция и кислорода (Ca–O 2 ), которая перезаряжается в течение 700 циклов при комнатной температуре. Эта батарея использовала высокообратимую двухэлектронную окислительно-восстановительную реакцию, образуя пероксид кальция (CaO 2 ) в качестве продукта разряда. Прочный электролит на основе ионной жидкости облегчал осаждение-удаление Ca на аноде из металла Ca и улучшал окислительно-восстановительный процесс CaO 2 /O 2 на воздушном катоде. Батарея Ca–O 2 была стабильна на воздухе и могла быть превращена в гибкие волокна. Эти волокна могли быть вплетены в текстильные батареи для носимых систем следующего поколения. [63]

Кальций-Хлор

В одном исследовании была представлена ​​перезаряжаемая батарея Ca/Cl 2 , использующая обратимую катодную окислительно-восстановительную реакцию между CaCl 2 и Cl 2 , облегчаемую литиевым дифторо(оксалато)боратом в качестве электролитного посредника. Батарея Ca/Cl 2 достигла напряжения разряда 3 В, удельной емкости 1000 мАч.г −1 и скорости разряда 500 мА.г −1 . Она также демонстрирует превосходное сохранение емкости (96,5% через 30 дней) и низкотемпературную способность (до 0 °C). [64]

Производительность

На сегодняшний день было исследовано несколько кальциево-металлических батарей с различными катодами:

Диапазон значений C составляет от 0,2 до >5 C. Диапазон ёмкостей — от 50 до 250 мАч/г, рабочее напряжение — от 1 до 4 В. Плотность тока — от 20 до 500 мА/г, а плотность энергии — около 250 Втч/кг.

Приложения

Из-за потенциально большего веса кальциевые батареи были предложены для использования в стационарных устройствах, таких как сетевые накопители. [ необходима цитата ]

Исследовать

Несколько групп посвящены коммерческим перезаряжаемым кальциевым батареям. В их число входят:

Вызовы

Кальциевые батареи показывают снижение емкости и более низкую плотность энергии, чем литий-металлические батареи. [68] Интерфейс твердого электролита (SEI) показывает медленную миграцию ионов Ca 2+ . Металлический Ca подвергается дендритному росту при высоких скоростях тока. [69] Форма отложений кальция имеет решающее значение для долгосрочной работы батареи. Кальциевые батареи, которые обеспечивают сопоставимую плотность энергии действующих литий-ионных и литий-металлических батарей, требуют анода из чистого металла Ca. Кальций значительно более твердый металл, чем литий, что усложняет производство кальциевой фольги.

Соли кальция обычно показывают сильную координацию между Ca 2+ и анионом, следовательно, требуя сильно координирующих растворителей, таких как карбонаты, чтобы производить электролиты с достаточной растворимостью соли. Это приводит к медленной кинетике. Более слабо координирующие соли позволяют использовать слабо координирующие растворители, что показывает значительно более высокую кинетику. [15] [16]

Хозяева интеркаляции требуют открытых структур и простых путей миграции для транспорта ионов. [56]

Ссылки

  1. ^ Хосейн ID (2021-04-09). «Перспективы кальциевых батарей: открытые перспективы и честные сравнения». ACS Energy Letters . 6 (4): 1560–1565. doi : 10.1021/acsenergylett.1c00593 .
  2. ^ Нильсон К.В., Лю Т.Л. (февраль 2020 г.). «Рассвет кальциевых батарей». Ангеванде Хеми . 59 (9): 3368–3370. дои : 10.1002/anie.201913465. PMID  31961466. S2CID  210842839.
  3. ^ Научно-популярная анимация YouTube, объясняющая кальциевые батареи — продукт проекта H2020 CARBAT (FET-Open), 11 апреля 2019 г. , получено 13 июня 2021 г.
  4. ^ ab Arroyo-de Dompablo ME, Ponrouch A, Johansson P, Palacín MR (июль 2020 г.). «Достижения, проблемы и перспективы кальциевых батарей». Chemical Reviews . 120 (14): 6331–6357. doi : 10.1021/acs.chemrev.9b00339 . hdl : 10261/199754 . PMID  31661250.
  5. ^ Стьевано Л., де Меатца I, Битенц Дж., Кавалло С., Брутти С., Наварра Массачусетс (15 января 2021 г.). «Новые кальциевые батареи». Журнал источников энергии . 482 : 228875. Бибкод : 2021JPS...48228875S. дои : 10.1016/j.jpowsour.2020.228875 . ISSN  0378-7753.
  6. ^ Ji B, He H, Yao W, Tang Y (январь 2021 г.). «Последние достижения и перспективы хранения ионов кальция: ключевые материалы и устройства». Advanced Materials . 33 (2): e2005501. doi :10.1002/adma.202005501. PMID  33251702. S2CID  227237159.
  7. ^ "Почему некоторые исследователи считают, что кальций — будущее батарей". Новости химии и машиностроения . Получено 11 июня 2024 г.
  8. ^ ab Hosein, Ian D. (2024-05-15). "Почему кальциевые батареи победят". Medium . Получено 2024-06-11 .
  9. ^ Selis SM, Wondowski JP, Justus RF (1964-01-01). "Высокоскоростная, высокоэнергетическая система тепловой батареи". Журнал Электрохимического общества . 111 (1): 6. Bibcode :1964JElS..111....6S. doi :10.1149/1.2426065. ISSN  1945-7111.
  10. ^ Staniewicz RJ (1980-04-01). "Исследование электрохимической системы кальций-тионилхлорид". Журнал электрохимического общества . 127 (4): 782–789. Bibcode :1980JElS..127..782S. doi : 10.1149/1.2129758 . ISSN  1945-7111.
  11. ^ Whittingham MS (1978-01-01). «Химия интеркаляционных соединений: гости-металлы в хозяевах халькогенидов». Progress in Solid State Chemistry . 12 (1): 41–99. doi :10.1016/0079-6786(78)90003-1. ISSN  0079-6786.
  12. ^ ab Monti D, Ponrouch A, Araujo RB, Barde F, Johansson P, Palacín MR (2019). "Многовалентные батареи — перспективы высокой плотности энергии: батареи Ca". Frontiers in Chemistry . 7 : 79. Bibcode : 2019FrCh ....7...79M. doi : 10.3389/fchem.2019.00079 . PMC 6391315. PMID  30842941. 
  13. ^ Гринвуд NN (1997). Химия элементов (2-е изд.). Бостон, Массачусетс: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
  14. ^ Muldoon J, Bucur CB, Gregory T (декабрь 2014 г.). «Поиск неводных многовалентных вторичных батарей: магний и не только». Chemical Reviews . 114 (23): 11683–11720. doi :10.1021/cr500049y. PMID  25343313.
  15. ^ ab Shyamsunder A, Blanc LE, Assoud A, Nazar LF (2019-09-13). «Обратимое кальциевое покрытие и зачистка при комнатной температуре с использованием соли бората». ACS Energy Letters . 4 (9): 2271–2276. doi :10.1021/acsenergylett.9b01550. ISSN  2380-8195. S2CID  202079165.
  16. ^ ab Li Z, Fuhr O, Fichtner M, Zhao-Karger Z (2019-12-04). «К стабильным и эффективным электролитам для перезаряжаемых кальциевых батарей при комнатной температуре». Energy & Environmental Science . 12 (12): 3496–3501. doi : 10.1039/C9EE01699F . ISSN  1754-5706.
  17. ^ Nielson KV, Luo J, Liu TL (2020). «Оптимизация кальциевых электролитов путем обработки растворителем для кальциевых батарей». Батареи и суперконденсаторы . 3 (8): 766–772. doi :10.1002/batt.202000005. S2CID  216329867.
  18. ^ Аурбах Д., Скалецкий Р., Гофер Й. (1991-12-01). «Электрохимическое поведение кальциевых электродов в некоторых органических электролитах». Журнал Электрохимического Общества . 138 (12): 3536–3545. Bibcode : 1991JElS..138.3536A. doi : 10.1149/1.2085455. ISSN  0013-4651.
  19. ^ ab Liu L, Wu YC, Rozier P, Taberna PL, Simon P (2019). "Сверхбыстрый синтез ванадата кальция для превосходной водной кальций-ионной батареи". Исследования . 2019 : 6585686. Bibcode : 2019Resea201985686L. doi : 10.34133/2019/6585686. PMC 6944483. PMID  31912041 . 
  20. ^ ab Biria S, Pathreeker S, Li H, Hosein ID (2019-11-25). «Платирование и очистка кальция в алкилкарбонатном электролите при комнатной температуре». ACS Applied Energy Materials . 2 (11): 7738–7743. doi :10.1021/acsaem.9b01670. ISSN  2574-0962. S2CID  208759289.
  21. ^ ab Ponrouch A, Frontera C, Bardé F, Palacín MR (февраль 2016 г.). «К созданию аккумуляторной батареи на основе кальция». Nature Materials . 15 (2): 169–172. Bibcode :2016NatMa..15..169P. doi :10.1038/nmat4462. hdl : 10261/148078 . PMID  26501412.
  22. ^ Бириа С., Патрикекер С., Дженье Ф.С., Ли Х., Хосейн ИД. (2020-03-23). ​​«Платирование и очистка кальция при комнатной температуре в ионно-жидком электролите». ACS Applied Energy Materials . 3 (3): 2310–2314. doi :10.1021/acsaem.9b02529. ISSN  2574-0962. S2CID  214030347.
  23. ^ ab Jie Y, Tan Y, Li L, Han Y, Xu S, Zhao Z и др. (июль 2020 г.). «Манипуляция сольватацией электролита позволяет создавать беспрецедентные кальциево-металлические батареи при комнатной температуре». Angewandte Chemie . 59 (31): 12689–12693. doi :10.1002/anie.202002274. PMID  32270534. S2CID  215602284.
  24. ^ ab Song H, Su J, Wang C (январь 2021 г.). «Гибридные твердоэлектролитные интерфазы позволили создать сверхдолговечные батареи Ca-Metal, работающие при комнатной температуре». Advanced Materials . 33 (2): e2006141. Bibcode :2021AdM....3306141S. doi :10.1002/adma.202006141. PMID  33215793. S2CID  227078025.
  25. ^ Чандо, Пол Алексис; Шеллхамер, Джейкоб Мэтью; Уолл, Элизабет; Хе, Вэньлин; Хосейн, Ян Дин (2023-04-10). «Платирование и очистка металлического кальция в электролите гексафторфосфата калия в направлении стабильной гибридной твердоэлектролитной интерфазы». ACS Applied Energy Materials . 6 (7): 3924–3932. doi :10.1021/acsaem.3c00098. ISSN  2574-0962. PMC 10091900 . PMID  37064409. 
  26. ^ Forero-Saboya JD, Marchante E, Araujo RB, Monti D, Johansson P, Ponrouch A (декабрь 2019 г.). «Cation Solvation and Physicochemical Properties of Ca Battery Electrolytes». The Journal of Physical Chemistry C . 123 (49): 29524–29532. doi :10.1021/acs.jpcc.9b07308. PMC 6961307 . PMID  31956392. 
  27. ^ Шакуриан-Фард М., Камат Г., Таймури СМ., Трант Дж. Ф. (2019-07-05). «Кальций-ионные батареи: определение идеальных электролитов для хранения энергии следующего поколения с использованием вычислительного анализа». Журнал физической химии C. 123 ( 26): 15885–15896. doi : 10.1021/acs.jpcc.9b01655. ISSN  1932-7447. S2CID  197216442.
  28. ^ Araujo RB, Thangavel V, Johansson P (2021-08-01). «К новым электролитам для кальциевых батарей путем эффективного вычислительного скрининга». Energy Storage Materials . 39 : 89–95. doi : 10.1016/j.ensm.2021.04.015 . ISSN  2405-8297. S2CID  234810587.
  29. ^ Vanitha D, Bahadur SA, Nallamuthu N, Shunmuganarayanan A, Manikandan A (март 2018 г.). «Исследования смесей проводящих полимеров: синтез и характеристики PVA/PVP, легированных CaCl₂». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 18 (3): 1723–1729. doi :10.1166/jnn.2018.14215. PMID  29448651.
  30. ^ Genier FS, Burdin CV, Biria S, Hosein ID (28.02.2019). «Новый кальций-ионный твердый полимерный электролит на основе сшитого поли(этиленгликоль)диакрилата». Journal of Power Sources . 414 : 302–307. Bibcode : 2019JPS...414..302G. doi : 10.1016/j.jpowsour.2019.01.017 . ISSN  0378-7753. S2CID  104435180.
  31. ^ Wang J, Genier FS, Li H, Biria S, Hosein ID (2019-07-12). "Твердый полимерный электролит из сшитого политетрагидрофурана для проводимости ионов кальция". ACS Applied Polymer Materials . 1 (7): 1837–1844. doi :10.1021/acsapm.9b00371. ISSN  2637-6105. S2CID  104749306.
  32. ^ Мартинес-Сиснерос CS, Фернандес А, Антонелли С, Левенфельд Б, Варес А, Веццо К, Ди Ното В, Санчес JY (01 сентября 2020 г.). «Открывая дверь к безжидким полимерным электролитам для кальциевых батарей». Электрохимика Акта . 353 : 136525. doi : 10.1016/j.electacta.2020.136525 . hdl : 10016/31257 . ISSN  0013-4686. S2CID  219746567.
  33. ^ Ford HO, Cui C, Schaefer JL (март 2020 г.). «Сравнение электролитов с полимерным гелем с одноионной проводимостью для натриевых, калиевых и кальциевых батарей: влияние химии полимера, идентичности катионов, плотности заряда и растворителя на проводимость». Батареи . 6 (1): 11. doi : 10.3390/batteries6010011 .
  34. ^ Pathreeker, Shreyas; Hosein, Ian D. (2022-10-14). «Полимерные электролиты на основе винилимидазола с превосходной проводимостью и многообещающими электрохимическими характеристиками для кальциевых батарей». ACS Applied Polymer Materials . 4 (10): 6803–6811. doi :10.1021/acsapm.2c01140. ISSN  2637-6105. PMC 9578112. PMID 36277173  . 
  35. ^ Флукер, Эдвард К.; Патрикекер, Шреяс; Хосейн, Ян Д. (2023-08-24). «Полимерные гелевые электролиты на основе поливинилиденфторида для проводимости ионов кальция: исследование влияния концентрации соли и температуры сушки на координационную среду и ионную проводимость». Журнал физической химии C. 127 ( 33): 16579–16587. doi :10.1021/acs.jpcc.3c02342. ISSN  1932-7447. PMC 10461727. PMID 37646008  . 
  36. ^ Biria S, Pathreeker S, Genier FS, Chen FH, Li H, Burdin CV, Hosein ID (июль 2021 г.). «Гелевые полимерные электролиты на основе сшитого поли(этиленгликоль)диакрилата для проводимости ионов кальция». ACS Omega . 6 (26): 17095–17102. doi : 10.1021/acsomega.1c02312 . PMC 8264931. PMID  34250366 . 
  37. ^ Бириа С., Патрикекер С., Дженье Ф.С., Хосейн ИД. (2020-06-12). «Высокопроводящий и термически стабильный ионный жидкий гелевый электролит для кальций-ионных батарей». ACS Applied Polymer Materials . 2 (6): 2111–2118. doi :10.1021/acsapm.9b01223. ISSN  2637-6105. S2CID  219098278.
  38. ^ Pathreeker S, Hosein ID (октябрь 2022 г.). «Полимерные электролиты на основе винилимидазола с превосходной проводимостью и многообещающими электрохимическими характеристиками для кальциевых батарей». ACS Applied Polymer Materials . 4 (10): 6803–6811. doi :10.1021/acsapm.2c01140. PMC 9578112. PMID  36277173 . 
  39. ^ Шеллхамер, Джейкоб Мэтью; Чандо, Пол Алексис; Патрикекер, Шреяс; Ван, Синлу; Хосейн, Ян Дин (2023-10-12). «Раскрытие потенциала электрода сравнения Ag 2 S: расширение возможностей электрохимических реакций кальция». Журнал физической химии C. 127 ( 40): 19900–19905. doi : 10.1021/acs.jpcc.3c04580 . ISSN  1932-7447.
  40. ^ ab Cabello M, Nacimiento F, Гонсалес JR, Ортис G, Алькантара R, Лавела П, Перес-Висенте C, Тирадо JL (01.06.2016). «На пути к настоящей кальций-ионной батарее: материал положительного электрода CaCo2O4». Электрохимические коммуникации . 67 : 59–64. doi : 10.1016/j.elecom.2016.03.016. ISSN  1388-2481.
  41. ^ Wang M, Jiang C, Zhang S, Song X, Tang Y, Cheng HM (июнь 2018 г.). «Обратимое легирование кальцием позволяет создать практичную батарею с ионами кальция, перезаряжаемую при комнатной температуре, с высоким напряжением разряда». Nature Chemistry . 10 (6): 667–672. Bibcode :2018NatCh..10..667W. doi :10.1038/s41557-018-0045-4. PMID  29686378. S2CID  19086248.
  42. ^ Richard Prabakar SJ, Ikhe AB, Park WB, Chung KC, Park H, Kim KJ и др. (декабрь 2019 г.). «Графит как долговечный анод с интеркаляцией Ca2+ и его применение в кальций-ионных батареях типа «качалка». Advanced Science . 6 (24): 1902129. doi :10.1002/advs.201902129. PMC 6918123 . PMID  31890464. 
  43. ^ Ponrouch A, Tchitchekova D, Frontera C, Bardé F, Arroyo-de Dompablo ME, Palacín MR (2016-05-01). «Оценка анодов на основе Si для ионно-кальциевых батарей: электрохимическая декальцинация CaSi2». Electrochemistry Communications . 66 : 75–78. doi : 10.1016/j.elecom.2016.03.004. hdl : 10261/147984 . ISSN  1388-2481.
  44. ^ Wang D, Gao X, Chen Y, Jin L, Kuss C, Bruce PG (январь 2018 г.). «Платирование и очистка кальция в органическом электролите». Nature Materials . 17 (1): 16–20. Bibcode :2018NatMa..17...16W. doi :10.1038/nmat5036. PMID  29180779. S2CID  103355612.
  45. ^ Hassanpour A, Farhami N, Derakhshande M, Nezhad PD, Ebadi A, Ebrahimiasl S (2021-07-01). "Магниевые и кальциевые ионные батареи на основе анодных материалов гекса-пери-гексабензокоронен нанографен". Inorganic Chemistry Communications . 129 : 108656. doi : 10.1016/j.inoche.2021.108656. ISSN  1387-7003. S2CID  235542961.
  46. ^ Pathreeker S, Reed S, Chando P, Hosein ID (октябрь 2020 г.). «Исследование интеркаляции ионов кальция в оксиде перовскита кальция и марганца». Журнал электроаналитической химии . 874 : 114453. doi : 10.1016/j.jelechem.2020.114453. ISSN  1572-6657. S2CID  225409592.
  47. ^ Lee C, Jeong YT, Nogales PM, Song HY, Kim Y, Yin RZ, Jeong SK (январь 2019 г.). «Электрохимическая интеркаляция ионов Ca2+ в TiS2 в органических электролитах при комнатной температуре». Electrochemistry Communications . 98 : 115–118. doi : 10.1016/j.elecom.2018.12.003 . ISSN  1388-2481.
  48. ^ ab Tchitchekova DS, Ponrouch A, Verrelli R, Broux T, Frontera C, Sorrentino A и др. (февраль 2018 г.). «Электрохимическая интеркаляция кальция и магния в TiS2: фундаментальные исследования, связанные с применением многовалентных батарей». Химия материалов . 30 (3): 847–856. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b04406. hdl : 10261/344249 . ISSN  0897-4756.
  49. ^ Padigi P, Goncher G, Evans D, Solanki R (январь 2015 г.). «Гексацианоферрат калия-бария – потенциальный катодный материал для перезаряжаемых кальций-ионных батарей». Journal of Power Sources . 273 : 460–464. Bibcode : 2015JPS...273..460P. doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.09.101. ISSN  0378-7753.
  50. ^ Тодзё Т., Сугиура Ю., Инада Р., Сакураи Ю. (20 июля 2016 г.). «Обратимые ионно-кальциевые батареи с использованием обезвоженного аналогового катода берлинской лазури». Электрохимика Акта . 207 : 22–27. doi :10.1016/j.electacta.2016.04.159. ISSN  0013-4686.
  51. ^ Shiga T, Kondo H, Kato Y, Inoue M (2015-12-17). «Внедрение иона кальция в аналог берлинской лазури в неводных растворах и его применение в перезаряжаемой батарее с двойными носителями». Журнал физической химии C. 119 ( 50): 27946–27953. doi :10.1021/acs.jpcc.5b10245. ISSN  1932-7447.
  52. ^ Adil M, Sarkar A, Roy A, Panda MR, Nagendra A, Mitra S (март 2020 г.). «Практические водные кальций-ионные аккумуляторные батареи Full-Cells для будущих стационарных хранилищ». ACS Applied Materials & Interfaces . 12 (10): 11489–11503. doi :10.1021/acsami.9b20129. PMID  32073827. S2CID  211214804.
  53. ^ Arroyo-de Dompablo ME, Krich C, Nava-Avendaño J, Palacín MR, Bardé F (июль 2016 г.). «В поисках катодных материалов для ионно-кальциевых батарей: перовскиты CaMO3 (M = Mo, Cr, Mn, Fe, Co и Ni)». Physical Chemistry Chemical Physics . 18 (29): 19966–19972. Bibcode :2016PCCP...1819966A. doi :10.1039/C6CP03381D. hdl : 10261/147901 . PMID  27398629.
  54. ^ Zhao Z, Yao J, Sun B, Zhong S, Lei X, Xu B, Ouyang C (2018-11-15). "Первопринципная идентификация шпинели CaCo2O4 как перспективного катодного материала для кальций-ионных аккумуляторов". Solid State Ionics . 326 : 145–149. doi :10.1016/j.ssi.2018.10.004. ISSN  0167-2738. S2CID  105010988.
  55. ^ Лю Д., Чжу В., Тротье Дж., Ганьон С., Баррей Ф., Герфи А. и др. (18 ноября 2013 г.). «Шпинелевые материалы для высоковольтных катодов литий-ионных аккумуляторов». РСК Прогресс . 4 (1): 154–167. дои : 10.1039/C3RA45706K . ISSN  2046-2069.
  56. ^ ab Чандо, Пол Алексис; Чен, Сихе; Шеллхамер, Джейкоб Мэтью; Уолл, Элизабет; Ван, Синьлу; Шуарка, Робсон; Смеу, Мануэль; Хосейн, Ян Дин (2023-10-24). «Исследование оксида кальция и марганца как перспективного катодного материала для кальций-ионных аккумуляторов». Химия материалов . 35 (20): 8371–8381. doi :10.1021/acs.chemmater.3c00659. ISSN  0897-4756. PMC 10601472. PMID 37901147  . 
  57. ^ Torres A, Luque FJ, Tortajada J, Arroyo-de Dompablo ME (июль 2019 г.). «Анализ минералов как электродных материалов для аккумуляторных батарей на основе кальция». Scientific Reports . 9 (1): 9644. Bibcode :2019NatSR...9.9644T. doi :10.1038/s41598-019-46002-4. PMC 6609692 . PMID  31273248. 
  58. ^ Juran TR, Smeu M (2019-10-01). "TiSe2 катод для литий-ионных аккумуляторов за пределами". Журнал источников питания . 436 : 226813. Bibcode : 2019JPS...43626813J. doi : 10.1016/j.jpowsour.2019.226813. ISSN  0378-7753. S2CID  198324987.
  59. ^ См. KA, Gerbec JA, Jun YS, Wudl F, Stucky GD, Seshadri R (август 2013 г.). «Высокопроизводительная первичная кальциевая ячейка на основе системы Ca-S». Advanced Energy Materials . 3 (8): 1056–1061. doi :10.1002/aenm.201300160. S2CID  97151846.
  60. ^ Yu X, Boyer MJ, Hwang GS, Manthiram A (2019). «К обратимой кальциево-серной батарее с литий-ионным посредническим подходом». Advanced Energy Materials . 9 (14): 1803794. doi : 10.1002/aenm.201803794 . ISSN  1614-6840. OSTI  1598280.
  61. ^ Reinsberg P, Bondue CJ, Baltruschat H (2016-10-06). «Кальций-кислородные батареи как перспективная альтернатива натрий-кислородным батареям». Журнал физической химии C. 120 ( 39): 22179–22185. doi :10.1021/acs.jpcc.6b06674. ISSN  1932-7447.
  62. ^ Shiga T, Kato Y, Yoko H (2017-06-27). «Связывание нитроксильного радикала как электрохимического катализатора зарядки и ионной жидкости для кальциевого покрытия/удаления в направлении перезаряжаемой кальциево-кислородной батареи». Journal of Materials Chemistry A. 5 ( 25): 13212–13219. doi :10.1039/C7TA03422A. ISSN  2050-7496.
  63. ^ Да, Лей; Ляо, Мэн; Чжан, Кун; Чжэн, Мэнтин; Цзян, И; Ченг, Сянжань; Ван, Чуан; Сюй, Цючэнь; Тан, Чэнцян; Ли, Пэнчжоу; Вэнь, Юньчжоу; Сюй, Ифэй; Сунь, Сюэмэй; Чен, Пейнинг; Сунь, Хао (07 февраля 2024 г.). «Перезаряжаемая кальциево-кислородная батарея, работающая при комнатной температуре». Природа . 626 (7998): 313–318. дои : 10.1038/s41586-023-06949-x. ISSN  1476-4687. ПМИД  38326591.
  64. ^ Гэн, Шитао; Чжао, Сяоцзюй; Сюй, Цючэнь; Юань, Бин; Ван, Ян; Ляо, Мэн; Да, Лей; Ван, Шуо; Оуян, Чжаофэн; Ву, Лян; Ван, Юнъян; Ма, Чэньян; Чжао, Сяоцзюань; Сунь, Хао (31 января 2024 г.). «Перезаряжаемая батарея Ca/Cl2». Природные коммуникации . 15 (1): 944. doi : 10.1038/s41467-024-45347-3. ISSN  2041-1723. ПМЦ 10831116 . ПМИД  38296971. 
  65. ^ Gao X, Liu X, Mariani A, Elia GA, Lechner M, Streb C, Passerini S (2020-08-13). «Алкокси-функционализированные ионные жидкие электролиты: понимание ионной координации видообразования ионов кальция для рационального проектирования кальциевых электролитов». Энергетика и наука об окружающей среде . 13 (8): 2559–2569. doi : 10.1039/D0EE00831A . ISSN  1754-5706.
  66. ^ Black AP, Torres A, Frontera C, Palacín MR, Arroyo-de Dompablo ME (февраль 2020 г.). «Оценка ферритов кальция в качестве катодов для кальциевых аккумуляторных батарей: DFT, синтез, характеристика и электрохимия Ca4Fe9O17». Dalton Transactions . 49 (8): 2671–2679. doi : 10.1039/C9DT04688G . PMID  32048697.
  67. ^ Li Z, Vinayan BP, Diemant T, Behm RJ, Fichtner M, Zhao-Karger Z (октябрь 2020 г.). «Перезаряжаемые кальциево-серные батареи, созданные с помощью эффективного электролита на основе бората». Small . 16 (39): e2001806. doi : 10.1002/smll.202001806 . PMID  32812367.
  68. ^ Palacin M, Black A, Tchitchekova DS, Johansson P, Araujo RB, Aren F и др. (2020-11-23). ​​«Tackling the Development of Rechargeable Calcium Batteries: The CARBAT Project». Тезисы докладов ECS Meeting . MA2020-02 (2): 449. doi :10.1149/MA2020-022449mtgabs. ISSN  2151-2043. S2CID  234584810.
  69. ^ Pu SD, Gong C, Gao X, Ning Z, Yang S, Marie JJ и др. (2020-07-10). «Гальванопокрытие в зависимости от плотности тока в электролитах Ca: от глобул до дендритов». ACS Energy Letters . 5 (7): 2283–2290. doi :10.1021/acsenergylett.0c01153. S2CID  225648185.