超越锂：科学家通过量子力学模拟有前景的新型可充电钙离子电池材料
电动汽车是未来；它们将有助于减少空气污染并结束我们对化石燃料的依赖。然而，这种潜在的颠覆性技术存在一个明显的问题：有足够的锂 (Li) 来生产所有这些汽车电池。不幸的是，锂在地球上并不丰富，其储量仅占地壳的 0.002%。一旦电动汽车变得更加普及，将出现锂资源不足。近日韩国科学家通过量子力学模拟有前景的新型可充电钙离子电池材料，这种材料有望超越锂性能。
解决这个难题的一个可能方法是设计一种新型电池，这种电池依赖于更丰富的碱金属而不是锂。在可以替代锂的几种候选材料中，钙 (Ca) 作为可充电电池的有前途的金属脱颖而出。Ca不仅比Li丰富10,000倍，而且理论上也可以产生类似的电池性能。然而，钙基电池的发展仍然存在一些主要障碍。
为了帮助确定钙电池的最佳候选正极材料，韩国中央大学研究人员采用了系统的方法。通过运行基于密度泛函理论 (DFT) 的高通量量子力学模拟，该团队预测了结合 Ca 和过渡金属氧化物的各种层状材料的电池相关特性。
这项工作的大部分是在阿贡国家实验室和美国能源部支持的储能研究联合中心 (JCESR) 项目中进行的。
相关研究成果发表在Advanced Energy Materials第 11 卷第 48 期。
科学家们考虑了七种过渡金属离子和四种层状结构，总共有 28 个候选阴极。通过 DFT 计算，他们评估了许多重要特性，包括它们的热力学稳定性、能量密度、可合成性、Ca 迁移率和电子结构。反过来，这使他们能够确定用于开发钙基电池的有前景的材料。
研究证明广泛用于锂、钠和钾电池的层状过渡金属氧化物可以成为一类很有前途的钙阴极材料。获取 更多前沿科技 研究 进展 访问：https://byteclicks.com
低成本高性能钙离子电池的成功开发必将有助于从传统汽车向电动汽车过渡，电动汽车在许多方面都将更加环保。我们希望实验工作能够巩固这项研究的结果，并为更绿色的未来铺平道路。
