Электрод из берлинской лазури удвоит ёмкость батарей

Кальций-ионные батареи (CIB) сразу в нескольких отношениях превосходят современные, литий-ионные. Благодаря замене моновалентных ионов на бивалентные ёмкость увеличивается вдвое. Себестоимость кальция существенно ниже, чем у лития, а температура плавления — выше, что улучшает безопасность элементов питания.

Практическому применению CIB мешает отсутствие подходящего электродного материала, способного обеспечить обратимость процесса поглощения ионов. Это сложно, так как ионный радиус у кальция в 1,4 раза больше, чем у лития.

Сотрудники Университета Тоёхаши (Япония) предложили использовать в электродах CIB синий пигмент, известный под названием берлинская лазурь (Prussian blue, PB), или его аналоги (PBA). Эти материалы имеют крупные сайты для ввода и вывода больших ионов.

Японские ученые исследовали электрохимическое поведение ионов кальция для нескольких электродов PBA и органического электролита. По их данным, обратимость процесса поглощения ионов кальция кристаллической структурой материала электрода обеспечивается для удельной емкости 40-50 мАч/г и низкой плотности тока. Кулоновская эффективность, определяемая как отношение между количеством введённых и извлечённых тонов кальция, после третьего цикла зарядки-разрядки стабилизировалась на величине 90%.

Результаты демонстрируют великолепную циклическую устойчивость электродов PBA хотя обратимая ёмкость вдвое меньше теоретического максимума для CIB (её планируется улучшить в дальнейших исследованиях). На основании данных изучения электродов методами рентгеновской дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ученые объясняют высокую обратимость электрохимических процессов прочной структурой PBA и отличным зарядовым балансом при вводе и выводе ионов кальция.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365