韓國中央大學探索鈣離子電池候選材料 幫助緩解鋰資源短缺問題

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隨著電動汽車推廣使用，對鋰的需求也日益增長。然而，這種元素在地球上的儲量並不豐富，僅佔地殼的0.002%。隨著時間推移，鋰金屬或將供不應求。

（圖片來源：韓國中央大學）

解決這一難題的方法之一是設計新型電池，採用更豐富的鹼性金屬，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效能。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）材料缺乏瞭解，這些材料能以可逆的方式有效儲存和釋放鈣。

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及其同事採取了一種系統性的方法。該團隊透過執行基於密度泛函理論（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效能。

大部分工作在阿貢國家實驗室（Argonne National Lab）和美國能源部支援的聯合儲能研究中心（JCESR）專案中進行。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。透過DFT計算，對許多重要特徵進行評估，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，可用於層狀鈣基陰極，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、高效能的鈣離子電池，將有助於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，透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。

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