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一个研究小组开发了一种原型钙 (Ca) 金属可充电电池，能够重复充放电 500 次循环——这是实际使用的基准。

2023 年 5 月 19 日， 《高级科学》杂志报道了这一突破。

随着电动汽车和电网规模储能系统的使用不断增加，探索锂离子电池 (LIB) 替代品的需求从未如此强烈。一种这样的替代品是钙金属电池。作为地壳中第五丰富的元素，钙广泛可用且价格低廉，并且具有比锂离子电池更高的能量密度潜力。它的特性也被认为有助于加速电解质和阴极材料中的离子传输和扩散，使其比镁和锌等其他 LIB 替代品更具优势。

但是钙金属电池的商业可行性仍然存在许多障碍。缺乏有效的电解质和缺乏具有足够 Ca 2+ 存储能力的阴极材料已被证明是主要的障碍。

早在 2021 年，当前研究小组的一些成员就 实现了 一种基于氢(单碳硼烷)簇的新型无氟钙 (Ca) 电解质，为前一个问题提供了解决方案。该电解质表现出显着改善的电化学性能，例如高电导率和高电化学稳定性。

东北大学材料研究所助理教授 Kazuaki Kisu 说：“对于我们目前的研究，我们测试了具有硫化铜 (CuS) 纳米颗粒/碳复合阴极和氢化物基电解质的 Ca 金属电池的长期运行情况。”研究(IMR)。

CuS 也是一种天然矿物，具有良好的电化学性能。其层状结构使其能够储存多种阳离子，包括锂、钠和镁。它具有 560 mAh g-1 的大理论容量——比目前的锂离子电池正极材料高两到三倍。

通过纳米颗粒化和与碳材料的复合，Kisu 和他的同事们能够制造出能够储存大量钙离子的阴极。当与氢化物型电解质一起使用时，它们会产生具有高度稳定循环性能的电池。基于第 10 个循环的容量，原型电池在 500 个循环中保持 92% 的容量保持率。

该小组相信，他们的突破将有助于推进钙基电池阴极材料的研究。Kisu 说：“我们的研究证实了 Ca 金属阳极长期运行的可行性，我们希望这些结果能够加快 Ca 金属电池的开发。”

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