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钙离子电池:储能新前沿,准固态电解质破解离子传输难题

香港科技大学团队利用氧化还原共价有机框架构建准固态电解质,实现室温下0.46 mS/cm离子电导率和>0.53 Ca²⁺迁移数,全电池在1 A/g下1000圈保持74.6%容量,展示钙离子电池替代锂电的潜力。

钙离子电池的机遇与挑战

钙资源丰富、电化学窗口接近锂,但Ca²⁺半径大、电荷强,扩散缓慢,尤其在准固态电解质中电导率比锂系低十倍以上,严重制约竞争力。

「高速公路+服务站」离子传输设计

团队利用高结晶多孔材料构建垂直对齐的离子传输通道(高速公路),并沿通道布局羰基活性位点(服务站)给离子加速。实验与模拟证实,Ca²⁺沿有序COF孔道内的对齐羰基快速迁移。

向无阳极全固态钙电池迈进

下一步将优化离子通道实现单离子传导,改进正负极材料,最终开发无阳极全固态钙电池——充电时阳极原位形成,大幅提升能量密度。团队建议研究者:直面硬问题、从结构而非仅化学角度思考、保持耐心坚持,小胜积累终突破阈值。

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