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韩国中央大学探索钙离子电池候选材料 帮助缓解锂资源短缺问题

2024-08-13 09:57:19 汽车知识 bianji01

 

盖世汽车讯 随着电动汽车推广使用,对锂的需求也日益增长。然而,这种元素在地球上的储量并不丰富,仅占地壳的0.002%。随着时间推移,锂金属或将供不应求。

(图片来源:韩国中央大学)

解决这一难题的方法之一是设计新型电池,采用更丰富的碱性金属,而不是锂。在可以替代锂的几种候选金属中,钙(Ca)是一种有前景的可充电电池金属。钙的储量是锂的一万倍,理论上能产生类似的电池性能。然而,开发钙基电池存在一些主要障碍,比如对合适的阴极(cathode,negative terminal)材料缺乏了解,这些材料能以可逆的方式有效存储和释放钙。

据外媒报道,为了帮助确定钙电池的最佳候选阴极材料,韩国中央大学(Chung-Ang University)的助理教授Haesun Park及其同事采取了一种系统性的方法。该团队通过运行基于密度泛函理论(DFT)的高通量量子力学模拟,预测结合钙和过渡金属氧化物的各种层状材料的电池相关性能。

大部分工作在阿贡国家实验室(Argonne National Lab)和美国能源部支持的联合储能研究中心(JCESR)项目中进行。研究人员考虑了七种过渡金属离子和四种层状结构,共28个候选阴极。通过DFT计算,对许多重要特征进行评估,包括热力学稳定性、能量密度、可合成性、钙迁移率和电子结构,以确定有前景的钙基电池材料。

值得一提的是,研究人员发现钴(Co)是一种圆形过渡金属,可用于层状钙基阴极,分子式为CaCo2O4。此外,研究表明,在阴极中结合不同的过渡金属是一种可行策略,可以改善某些必要特性。Park教授强调:“研究人员成功展示,在锂、钠、钾电池中广泛使用的层状过渡金属氧化物,有望成为钙阴极材料。此项研究发现了有前景的候选结构和化学成分,有望促进对这些材料进行深入研究。”

开发低成本、高性能的钙离子电池,将有助于实现从传统汽车向电动汽车转变。从许多方面来看,电动汽车更具有环保性。研究人员希望,通过实验工作巩固这项研究的成果,为实现更绿色的未来铺平道路。

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