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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
科技日報記者 劉霞
日本科學家開發出一種歷經500次充放電循環性能仍優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，相關研究論文刊發于最新一期《先進科學》雜志。
隨著電動汽車和電網規模儲能系統“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替代品更具優勢。
但鈣金屬電池的商業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了一種基于氫簇（單碳硼烷）的新型無氟鈣電解質，這種電解質具有很高的導電性和電化學穩定性。在最新研究中，該團隊更進一步，結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，它的層狀結構使其能夠儲存鋰、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。
在此基礎上，研究團隊開發出硫化銅納米顆粒/碳復合陰極和氫化物電解質的鈣金屬電池原型。測試表明，原型電池歷經500次循環后，仍具有92%的容量保持率。
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