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新型鈣金屬電池原型開發(fā)成功

科技日報發(fā)布時間:2023-05-26 09:01:55  作者: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(kuò)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(xué)材料研究所科研團(tuán)隊實現(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(xué)穩(wěn)定性。在最新研究中,該團(tuán)隊更進(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。(科技日報 記者劉霞)




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