復旦大學研究出了一種新型的鈣-氧氣電池，可以在室溫條件下進行電化學充放電，並穩定運行700次循環，安全性高、成本較低。研究電池的是復旦大學纖維電子材料與裝置研究院、高分子科學系、先進材料實驗室、聚合物分子工程國家重點實驗室彭慧勝/王兵傑團隊，聯合王永剛、週豪慎、陸俊等合作者。

2024年2月7日，相關成果以《室溫下可充鈣-氧氣電池》（A rechargeable calcium-oxygen battery that operates at room temperature）為題，線上發表於《自然》（Nature）主刊。

據介紹，在基於金屬鈣的電池中，鈣-氧氣電池具有最高的理論能量密度，但一直無法在室溫下穩定充電

其中的關鍵問題與挑戰在於，鈣金屬負極具有高電化學活性，容易導致電解液被還原分解，並在電極表面形成鈍化層，使得鈣金屬負極失效；

同時，空氣正極具有高電極電位，容易導致電解液氧化分解，正極電化學性能迅速衰退。

目前仍難以找到一種能與鈣金屬負極相匹配，且能適應高電極電位空氣正極的電解質，嚴重限制了鈣-氧氣電池的發展。

為了解決這個挑戰，復旦大學團隊透過系統設計溶劑、電解質鹽、電解質配比，成功製備出一種基於二甲基亞砜/離子液體的新型電解質，有效滿足了電池正負極的高要求，建構了可室溫工作的新型鈣-氧氣電池。

這種新型鈣-氧氣電池主要由三個部分組成：金屬鈣負極、碳奈米管空氣正極、有機電解質。

它不僅優化了性能和成本，還兼顧了環境的可持續性與在柔性電子設備中的應用要求。

其中，金屬鈣負極不僅成本較低，還具有較高的理論容量，有利於全電池實現較高的能量密度。

同時，可進一步將金屬鈣負載到柔性基底上，得到柔性的金屬鈣負極，為實現柔性鈣-氧氣電池奠定基礎。

電解質採用基於二甲基亞砜/離子液體體系，在室溫下不僅表現出了高離子導率，還展示了穩定的電化學特性，顯著提升了電池的整體安全性。

正極材料則採用了較環保的碳材料，不含昂貴的貴金屬催化劑，並利用空氣中的氧氣作為反應物，有助於降低電池的製造成本。

在室溫條件下，這種新型鈣-氧氣電池可實現放電產物的可逆生成與分解，充放電循環壽命長達700次。

在此基礎上，研究團隊也成功建構出同時具有高柔性和高安全性的鈣-氧氣電池，為柔性電池發展提供了新思路。

鈣金屬具有低氧化還原電位和多價性等特性，結合我國豐富的鈣資源，以金屬鈣為基礎的電池系統在未來的能源應用上具有廣闊前景。