新型钙离子电池：不依赖锂，性能更出色

随着各国扩大可再生能源生产，对可靠高效的电池储能需求持续增长。锂离子电池（LIBs）目前主导市场，但锂资源有限以及能量密度的实际限制仍是令人担忧的问题。这些限制促使人们加紧寻找能够满足全球长期能源需求的替代电池化学体系。钙离子电池因其钙元素储量丰富且电化学窗口与锂离子电池相当而备受关注。然而，技术障碍阻碍了其发展。特别是钙离子在电池内部难以高效移动，且在反复充放电循环中保持稳定性能也颇具挑战。这些问题使得钙离子电池（CIBs）无法直接与成熟的锂基电池系统竞争。准固态电解质改善离子传输 为解决这些问题，由香港科技大学化学及生物工程学系副教授Yoonseob KIM（金允瑞）教授带领的团队，将氧化还原共价有机框架设计为准固态电解质（QSSEs）。这些富含羰基的材料在室温下实现了较高的离子电导率（0.46毫西门子/厘米）和钙离子（Ca²⁺）传输能力（>0.53）。通过实验室实验和计算机模拟，研究人员发现钙离子（Ca²⁺）可沿着共价有机框架结构化孔隙内排列的羰基基团快速移动。这种有序的内部路径解释了离子迁移率提升和电池整体性能改善的原因。1000次循环下的优异性能 利用这种设计，该团队组装了完整的钙离子电池单体，在0.15安/克的电流密度下，其可逆比容量达到155.9毫安时/克。即使在1安/克的电流密度下，经过1000次充放电循环后，电池仍能保留超过74.6%的容量。这些结果表明，氧化还原共价有机框架在显著增强钙离子电池技术方面具有巨大潜力。金教授表示：“我们的研究凸显了钙离子电池作为锂离子技术可持续替代方案的变革潜力。通过利用氧化还原共价有机框架的独特特性，我们在实现高性能储能解决方案以满足绿色未来需求方面迈出了重要一步。”该研究由香港科技大学与上海交通大学合作开展。