美科學(xué)家開(kāi)發(fā)鈣離子電池

導(dǎo)讀：美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種特殊的鈣離子材料，為方便其插入電池電極提供了途徑。

在鋰離子電池材料價(jià)格飆升和預(yù)測(cè)短缺的背景下，尋找廉價(jià)、豐富、安全和可持續(xù)的電池化學(xué)材料更為關(guān)鍵。鈣離子已被考慮用于電池，但相對(duì)于鋰而言，鈣離子更大尺寸和更高的電荷密度，給其插入電極材料帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

目前，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的研究人員報(bào)告了在解決這一問(wèn)題和釋放高性能鈣離子電池潛力方面的進(jìn)展。倫斯勒大學(xué)John A. Clark和Edward T. Crossan工程教授Nikhil Koratkar表示：“鈣離子是二價(jià)的，因此在電池運(yùn)行期間，一個(gè)離子的插入將為每個(gè)離子提供兩個(gè)電子。這使得鈣離子的質(zhì)量和體積減少，成為高效的電池。”

然而，相對(duì)于鋰而言，鈣離子更大的尺寸和更高的電荷密度會(huì)損害擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)發(fā)含有大空隙的氧化物結(jié)構(gòu)(七角形和六角形通道)來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。該研究展示了一種水基鈣離子電池，使用正交晶和三角晶型的氧化鉬釩(MoVO)，作為鈣離子的“宿主”。

研究人員證明，鈣離子可以快速插入并從材料中提取，這些隧道作為管道，用于可逆和快速的離子傳輸。研究結(jié)果表明，MoVO為儲(chǔ)存鈣離子提供了迄今為止報(bào)告的最佳性能之一。

Koratkar表示：“鈣離子電池可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)取代鋰離子技術(shù)，成為為我們社會(huì)提供動(dòng)力的首選電池化學(xué)。這項(xiàng)工作可以帶來(lái)一類(lèi)新的高性能鈣基電池，使用地球上豐富和安全的材料，因此是負(fù)擔(dān)得起和可持續(xù)的。這種電池可以在便攜式和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)以及電網(wǎng)和可再生能源存儲(chǔ)中找到廣泛的用途。”