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美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院（Rensselaer Polytechnic Institute）的一組研究人員考慮到鋰離子電池的稀缺性、高價(jià)格和長(zhǎng)期使用的安全性，提出了一種更環(huán)保、更高效、更便宜的能源存儲(chǔ)替代方案。

在最近發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的一項(xiàng)研究中，通訊作者Nikhil Koratkar， 倫斯勒理工學(xué)院的John A. Clark和Edward T. Crossan工程學(xué)教授和他的團(tuán)隊(duì)斷言，鈣離子可以作為電池中鋰離子的替代品，因?yàn)樗鼉?chǔ)量豐富，成本低。

Koratkar博士說(shuō)，絕大多數(shù)的可充電電池產(chǎn)品都是基于鋰離子技術(shù)，這是性能方面的黃金標(biāo)準(zhǔn)。然而，鋰離子技術(shù)的致命弱點(diǎn)是成本。鋰是地球上的一種有限資源，近年來(lái)其價(jià)格大幅上漲。我們正在研究一種廉價(jià)、豐富、安全、可持續(xù)的電池化學(xué)物質(zhì)，它在水基電解質(zhì)中使用鈣離子。

與鋰離子相比，鈣離子體積更大、電荷密度更高，會(huì)損害擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性，但Koratkar博士和他的團(tuán)隊(duì)提供了含有大開(kāi)放空間(七方和六方通道)的氧化物結(jié)構(gòu)，作為一種有前景的解決方案。在他們的工作中，利用鉬釩氧化物(MoVO)的正交和三角晶型作為鈣離子的宿主，證明了一種水性鈣離子電池的可行性。

Koratkar博士解釋說(shuō)，鈣離子是二價(jià)的，因此在電池運(yùn)行過(guò)程中，一個(gè)離子插入將提供兩個(gè)電子。這使得高效鈣離子電池的質(zhì)量和體積減少。然而，與鋰相比，鈣離子的電荷更高，體積更大，這使得將鈣離子插入電池電極非常具有挑戰(zhàn)性。我們開(kāi)發(fā)了一種特殊的材料，稱(chēng)為鉬釩氧化物（(MoVO)），它含有大的六角形和七角形通道或隧道，通過(guò)材料來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)證明，鈣離子可以從材料中快速插入和提取，這些隧道作為可逆和快速離子運(yùn)輸?shù)墓艿溃芯拷Y(jié)果表明，MoVO提供了迄今為止鈣離子存儲(chǔ)的最佳性能之一。Koratkar博士解釋說(shuō)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，鈣離子電池可能會(huì)在某一天取代鋰離子技術(shù)，成為為我們社會(huì)提供動(dòng)力的化學(xué)電池。

這項(xiàng)工作可以引領(lǐng)一種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。這種電池可以廣泛應(yīng)用于便攜式和消費(fèi)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)。

原標(biāo)題：鈣離子！鋰離子電池的廉價(jià)、可持續(xù)替代品