解決這一難題的方法之一是設(shè)計(jì)新型電池，采用更豐富的堿性金屬，而不是鋰。在可以替代鋰的幾種候選金屬中，鈣（Ca）是一種有前景的可充電電池金屬。鈣的儲(chǔ)量是鋰的一萬倍，理論上能產(chǎn)生類似的電池性能。然而，開發(fā)鈣基電池存在一些主要障礙，比如對(duì)合適的陰極（cathode，negative terminal）材料缺乏了解，這些材料能以可逆的方式有效存儲(chǔ)和釋放鈣。

 

據(jù)外媒報(bào)道，為了幫助確定鈣電池的最佳候選陰極材料，韓國(guó)中央大學(xué)（Chung-Ang University）的助理教授Haesun Park及其同事采取了一種系統(tǒng)性的方法。該團(tuán)隊(duì)通過運(yùn)行基于密度泛函理論（DFT）的高通量量子力學(xué)模擬，預(yù)測(cè)結(jié)合鈣和過渡金屬氧化物的各種層狀材料的電池相關(guān)性能。

 

大部分工作在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Lab）和美國(guó)能源部支持的聯(lián)合儲(chǔ)能研究中心（JCESR）項(xiàng)目中進(jìn)行。研究人員考慮了七種過渡金屬離子和四種層狀結(jié)構(gòu)，共28個(gè)候選陰極。通過DFT計(jì)算，對(duì)許多重要特征進(jìn)行評(píng)估，包括熱力學(xué)穩(wěn)定性、能量密度、可合成性、鈣遷移率和電子結(jié)構(gòu)，以確定有前景的鈣基電池材料。

 

值得一提的是，研究人員發(fā)現(xiàn)鈷（Co）是一種圓形過渡金屬，可用于層狀鈣基陰極，分子式為CaCo2O4。此外，研究表明，在陰極中結(jié)合不同的過渡金屬是一種可行策略，可以改善某些必要特性。Park教授強(qiáng)調(diào)：“研究人員成功展示，在鋰、鈉、鉀電池中廣泛使用的層狀過渡金屬氧化物，有望成為鈣陰極材料。此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了有前景的候選結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，有望促進(jìn)對(duì)這些材料進(jìn)行深入研究。”

 

開發(fā)低成本、高性能的鈣離子電池，將有助于實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)變。從許多方面來看，電動(dòng)汽車更具有環(huán)保性。研究人員希望，通過實(shí)驗(yàn)工作鞏固這項(xiàng)研究的成果，為實(shí)現(xiàn)更綠色的未來鋪平道路。