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鈣金屬電池原型示意圖。圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
日本科學(xué)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(jià)廉”的替代品，相關(guān)研究論文刊發(fā)于最新一期《先進(jìn)科學(xué)》雜志。
隨著電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)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(jià)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(kuò)散，使其比鎂電池和鋅電池等其他LIB替代品更具優(yōu)勢(shì)。
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(chǔ)存能力的陰極材料。
2021年，日本東北大學(xué)材料研究所實(shí)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(xué)穩(wěn)定性。在最新研究中，該團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步，結(jié)合硫化銅納米顆粒化與碳材料，研制出能夠儲(chǔ)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(xué)性能，它的層狀結(jié)構(gòu)使其能夠儲(chǔ)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(tuán)隊(duì)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(cè)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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