Las baterías de iones de calcio CIB han atraído mucha atención como baterías de próxima generación para reemplazar las baterías de iones de litio LIB porque la capacidad teórica de las CIB es el doble que la de las LIB. Esta capacidad duplicada puede explicarse por la diferencia entre monovalentes y divalentesAdemás, los CIB poseen ventajas como un menor costo y mayor seguridad porque el calcio es más abundante que el litio y porque los CIB tienen un punto de fusión más alto que los LIB. Sin embargo, existe un obstáculo importante para la aplicación en los CIB. No haymaterial de electrodo adecuado en el que los iones de calcio se pueden insertar y extraer de forma reversible debido al radio iónico relativamente grande de los iones de calcio 112 pm en comparación con el de los iones de litio 76 pm.
En este estudio, Tomohiro Tojo y sus colegas del Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi, emplearon azul de Prusia PB y análogos de azul de Prusia PBA como electrodos CIB porque poseen grandes sitios para insertar yextraer iones de gran tamaño, como se muestra en la Fig. 1. Hasta ahora, utilizando PBA como material de electrodo, se han examinado los comportamientos electroquímicos de los iones de sodio correspondientes al radio de los iones de calcio en electrolitos orgánicos e inorgánicos. Estos informes han mostradoinserción y extracción reversible de iones de sodio en y desde estructuras de PBA.
El equipo de investigación investigó el desempeño electroquímico de varios electrodos de PBA para determinar si los iones de calcio en un electrolito orgánico exhiben una inserción y extracción reversible o irreversible en y desde la estructura cristalina. Encontramos capacidades reversibles de 40-50 mAh / ga baja densidad de corriente, como se muestra en la figura 2 a. En la figura 2 b, las eficiencias de Coulombic, que se definen como la relación entre la cantidad de inserción descarga y extracción carga de iones de calcio, se observó que tenían un valor constante del 90% después del 3er ciclo.
Los resultados que se muestran en la Fig.2 demuestran la excelente ciclabilidad de los electrodos PBA, a pesar de que las capacidades reversibles eran la mitad de la capacidad teórica. Los investigadores investigaron la razón de la alta reversibilidad utilizando difracción de rayos X XRD y rayos Xespectroscopía fotoelectrónica XPS. La reversibilidad se explica por la estructura duradera de los PBA y su excelente equilibrio de carga durante la inserción y extracción de iones de calcio.
Proponemos azul de Prusia PB y análogos de azul de Prusia PBA como materiales de electrodo factibles para CIB, aunque se necesita investigación adicional para mejorar aún más las capacidades reversibles. Los investigadores han llevado a cabo el estudio adicional para utilizar CIBmás allá de las LIB.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Toyohashi . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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