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钙离子电池了解下?美科学家:取代锂电指日可待 储量丰富成本还低
更新时间:2022-08-04 16:26   来源:财联社   浏览次数:31004 | 文字大小:

  考虑到锂离子电池的原料稀缺性、高成本和长期使用的安全性,美国伦斯勒理工学院的一组研究人员近期提出了一种更环保、更高效、更便宜的能源存储替代方案。

  在最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项研究中,该团队断言,钙离子可以作为锂离子的替代品,因为它含量丰富,成本低。

  该研究论文通讯作者Nikhil Koratkar表示,“绝大多数可充电电池产品都是基于锂离子技术,这是性能方面的黄金标准。然而,锂离子技术的致命弱点是成本。锂是地球上的一种有限资源,近年来其价格大幅上涨。“我们正在研究一种廉价、丰富、安全、可持续的电池化学物质,即在水基电解液中使用钙离子。”他补充说。

  相较于锂离子,钙离子的体积更大、电荷密度更高,但可能会损害循环稳定性。因此,该团队提出含有大空隙的氧化物结构(七角形和六角形通道),是一种有前景的解决方案。该研究展示了一种水基钙离子电池,使用正交晶和三角晶型的氧化钼钒(MoVO),作为钙离子的“宿主”。

  经过测试,该团队证明,钙离子可以从材料中快速插入和提取。这些通道充当了可逆和快速离子传输的“管道”。研究结果表明,MoVO提供了迄今为止最佳的钙离子存储性能之一。

  研究人员还指出,钙离子相较于锂离子还有一个优势:前者是二价的,因此在电池运行过程中,每次插入一个离子,就可提供两个电子。这将使得同样效率的钙离子电池拥有更小的质量和体积。Koratkar说,“在不远的将来,钙离子电池可能会在某一天取代锂离子技术,成为为我们的社会提供动力的化学电池。”

  “这项工作可以引领一种新的高性能钙基电池,使用地球上丰富和安全的材料,因此是负担得起和可持续的。这种电池可以广泛应用于便携式和消费电子产品、电动汽车,以及电网和可再生能源存储。”他补充道。


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