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钙金属电池原型示意图。图片来源：物理学家组织网

科技日报记者 刘霞

日本科学家开发出一种历经500次充放电循环性能仍优异的钙金属充电电池原型，有望成为目前广泛使用的锂离子电池（LIB）“物美价廉”的替代品，相关研究论文刊发于最新一期《先进科学》杂志。

随着电动汽车和电网规模储能系统“遍地开花”，探索锂离子电池替代品的需求与日俱增，钙金属电池被寄予厚望。作为地壳中含量第五丰富的元素，钙很容易获得，价格低廉，且具有比锂离子更高的能量密度潜力。更重要的是，钙本身的特性也有助于钙离子在电解质和阴极材料间加速传输和扩散，使其比镁电池和锌电池等其他LIB替代品更具优势。

但钙金属电池的商业可行性仍存在诸多障碍，其中最大的“拦路虎”包括缺乏有效的电解质和缺乏具有足够钙离子储存能力的阴极材料。

2021年，日本东北大学材料研究所实现了一种基于氢簇（单碳硼烷）的新型无氟钙电解质，这种电解质具有很高的导电性和电化学稳定性。在最新研究中，该团队更进一步，结合硫化铜纳米颗粒化与碳材料，研制出能够储存大量钙离子的阴极。

硫化铜是一种天然矿物，具有良好的电化学性能，它的层状结构使其能够储存锂、钠、镁、钙等多种阳离子，其能量容量是目前锂离子电池阳极材料的3到4倍。

在此基础上，研究团队开发出硫化铜纳米颗粒/碳复合阴极和氢化物电解质的钙金属电池原型。测试表明，原型电池历经500次循环后，仍具有92%的容量保持率。

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