新型钙金属电池原型开发成功案例(新型钙金属电池原型开发成功的原因)

钙金属电池原型的示意图。图片来源：物理学家组织网

日本科学家开发出一种钙金属充电电池原型，在500次充放电循环后仍具有优异的性能。有望成为目前广泛使用的锂离子电池（LIB）的“高品质、低成本”替代品。相关研究论文发表在最新一期《先进科学》期杂志上。

随着电动汽车和电网规模的储能系统到处“爆发”，探索锂离子电池替代品的需求日益增加，金属钙电池被寄予厚望。钙是地壳中第五丰富的元素，易于获取、价格低廉，并且具有比锂离子更高能量密度的潜力。更重要的是，钙本身的特性还有助于加速钙离子在电解质和正极材料之间的传输和扩散，使其比镁电池和锌电池等其他LIB替代品更具优势。

但钙金属电池的商业可行性仍然存在许多障碍，其中最大的障碍包括缺乏有效的电解质和缺乏具有足够钙离子存储能力的正极材料。

2021年，日本东北大学材料研究所实现了一种基于氢簇（单碳硼烷）的新型无氟钙电解质，具有高电导率和电化学稳定性。在最新的研究中，该团队更进一步，将硫化铜纳米粒子与碳材料结合起来，开发出一种可以储存大量钙离子的阴极。

硫化铜是一种天然矿物，具有良好的电化学性能。其层状结构使其能够储存多种阳离子，如锂、钠、镁和钙。其能量容量是目前锂离子电池负极材料的3至4倍。次。

在此基础上，研究团队开发了一种采用硫化铜纳米颗粒/碳复合正极和氢化物电解质的钙金属电池原型。测试表明，原型电池在500次循环后仍具有92%的容量保持率。 （刘霞）