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研究人员提出了可负担且可持续的锂离子电池替代方案

导读 对锂离子电池长期使用的稀缺性、高价格和安全性的担忧促使伦斯勒理工学院的一组研究人员提出了一种更环保、更高效、更便宜的储能替代方案。...

对锂离子电池长期使用的稀缺性、高价格和安全性的担忧促使伦斯勒理工学院的一组研究人员提出了一种更环保、更高效、更便宜的储能替代方案。

在最近发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上的研究中,通讯作者NikhilKoratkar、Rensselaer的JohnA.Clark和EdwardT.Crossan工程学教授及其团队断言,钙离子可以用作一种由于其丰富和低成本,可替代电池中的锂离子。

“绝大多数可充电电池产品都基于锂离子技术,这是性能方面的黄金标准,”Koratkar博士说。“然而,锂离子技术的致命弱点是成本。锂在地球上是一种有限的资源,近年来其价格急剧上涨。我们正在研究一种廉价、丰富、安全和可持续的电池化学,在水性、水基电解质中使用钙离子。”

虽然钙离子相对于锂的较大尺寸和较高的电荷密度会损害扩散动力学和循环稳定性,但Koratkar博士和他的团队提供了包含大开放空间(七边形和六边形通道)的氧化物结构作为一种前瞻性的解决方案。在他们的工作中,使用钼钒氧化物(MoVO)的正交和三角多晶型物作为钙离子的主体,展示了一种水性钙离子电池。

“钙离子是二价的,因此在电池运行期间,一个离子插入将为每个离子提供两个电子,”Koratkar博士解释说。“这可以实现高效电池,减少钙离子的质量和体积。但是,相对于锂,更高的离子电荷和更大的钙离子尺寸使得将钙离子插入电池电极非常具有挑战性。我们克服了这个问题通过开发一种称为钼钒氧化物的特殊材料,该材料包含贯穿材料的大型六边形和七边形通道或隧道。”

研究小组证明,钙离子可以从材料中快速插入和提取,这些隧道充当可逆和快速离子传输的“导管”,研究结果表明,MoVO提供了迄今为止报道的钙存储最佳性能之一离子。

“在不久的将来,钙离子电池可能有一天会取代锂离子技术,成为为我们社会提供动力的首选电池化学物质,”Koratkar博士解释道。“这项工作可以引领一种新型高性能钙基电池,这些电池使用地球上丰富且安全的材料,因此价格实惠且可持续。此类电池可广泛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储存。”