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鈣金屬電池原型示意圖。圖片來源：物理學家組織網(wǎng)
科技日報記者?劉霞
日本科學家開發(fā)出一種歷經(jīng)500次充放電循環(huán)性能仍優(yōu)異的鈣金屬充電電池原型，有望成為目前廣泛使用的鋰離子電池（LIB）“物美價廉”的替代品，相關(guān)研究論文刊發(fā)于最新一期《先進科學》雜志。
隨著電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)“遍地開花”，探索鋰離子電池替代品的需求與日俱增，鈣金屬電池被寄予厚望。作為地殼中含量第五豐富的元素，鈣很容易獲得，價格低廉，且具有比鋰離子更高的能量密度潛力。更重要的是，鈣本身的特性也有助于鈣離子在電解質(zhì)和陰極材料間加速傳輸和擴散，使其比鎂電池和鋅電池等其他LIB替代品更具優(yōu)勢。
但鈣金屬電池的商業(yè)可行性仍存在諸多障礙，其中最大的“攔路虎”包括缺乏有效的電解質(zhì)和缺乏具有足夠鈣離子儲存能力的陰極材料。
2021年，日本東北大學材料研究所實現(xiàn)了一種基于氫簇（單碳硼烷）的新型無氟鈣電解質(zhì)，這種電解質(zhì)具有很高的導(dǎo)電性和電化學穩(wěn)定性。在最新研究中，該團隊更進一步，結(jié)合硫化銅納米顆粒化與碳材料，研制出能夠儲存大量鈣離子的陰極。
硫化銅是一種天然礦物，具有良好的電化學性能，它的層狀結(jié)構(gòu)使其能夠儲存鋰、鈉、鎂、鈣等多種陽離子，其能量容量是目前鋰離子電池陽極材料的3到4倍。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊開發(fā)出硫化銅納米顆粒/碳復(fù)合陰極和氫化物電解質(zhì)的鈣金屬電池原型。測試表明，原型電池歷經(jīng)500次循環(huán)后，仍具有92%的容量保持率。
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