解決這一難題的方法之一是設計新型電池，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。鈣的儲量是鋰的一萬倍，理論上能產生類似的電池性能。然而，開發鈣基電池存在一些主要障礙，比如對合適的陰極（cathode，negative terminal）材料缺乏了解，這些材料能以可逆的方式有效存儲和釋放鈣。

 

據外媒報道，為了幫助確定鈣電池的最佳候選陰極材料，韓國中央大學（Chung-Ang University）的助理教授Haesun Park及其同事采取了一種系統性的方法。該團隊通過運行基于密度泛函理論（DFT）的高通量量子力學模擬，預測結合鈣和過渡金屬氧化物的各種層狀材料的電池相關性能。

 

大部分工作在阿貢國家實驗室（Argonne National Lab）和美國能源部支持的聯合儲能研究中心（JCESR）項目中進行。研究人員考慮了七種過渡金屬離子和四種層狀結構，共28個候選陰極。通過DFT計算，對許多重要特征進行評估，包括熱力學穩定性、能量密度、可合成性、鈣遷移率和電子結構，以確定有前景的鈣基電池材料。

 

值得一提的是，研究人員發現鈷（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教授強調：“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。此項研究發現了有前景的候選結構和化學成分，有望促進對這些材料進行深入研究。”

 

開發低成本、高性能的鈣離子電池，將有助于實現從傳統汽車向電動汽車轉變。從許多方面來看，電動汽車更具有環保性。研究人員希望，通過實驗工作鞏固這項研究的成果，為實現更綠色的未來鋪平道路。