钙元素欲取代锂：这种新型电池的循环次数已超1000次

近年来，钠电池作为一种降低对锂离子电池依赖度的极具潜力的替代方案，逐渐受到重视。但它们并非唯一选择。钙离子也在逐步成为能源存储的潜在替代品，而香港科技大学与上海交通大学的研究人员最新的一项研究更是取得了尤为重要的进展。

迄今为止，钙电池面临的主要问题在于如何让钙离子在电池内部更顺畅地移动。除此之外还有一个重要难题：即在经过多次充放电循环后仍能保持稳定的性能。这项新研究正是通过开发一种新型准固态电解质来解决这两个问题。

关键在于一类被称为具有氧化还原活性的共价有机结构的材料，这类材料具有多孔结构且富含羰基团。简单来说，研究人员构建了一种内部网络，有助于钙离子在电池内的移动。而正是这种离子移动机制至今一直严重制约着这项技术的发展。

实验室测试的结果相当令人瞩目。该团队研发的完整电池具有155.9 mAh/g的可逆比容量，而且在高电流条件下经过1,000次充放电循环后，其容量仍能保持74.6%以上。对于仍处于研究阶段的这项技术而言，这无疑是一个重要的成果。

这项研究是由香港科技大学和上海交通大学的研究人员共同完成的，并发表在《先进科学》这本学术期刊上。该研究最初于2025年11月发表，随后被收录在2026年的期刊卷中。

钙元素有望成为电池的真正替代品

人们关注钙元素并非偶然。它是地球上极为丰富的元素，且比锂更易获取，这为使用更易取得的原材料来制造储能系统提供了可能。根据该大学发布的消息，钙在地球上的丰度远高于锂，这也是人们越来越关注这项技术的原因之一。

此外，钙电池具有一些电化学特性，使其在能量存储领域极具潜力。问题在于，虽然这种材料十分丰富，但要制造出在性能、耐用性和成本方面能够与现有锂电池相媲美的电池，则是另一回事。

这时，研究人员开发的新型电解质便派上了用场。其所使用的结构能够形成内部通道，从而更高效地传输钙离子。在室温下进行的测试中，该电解质的离子电导率为0.46 mS/cm，钙的转移数为0.532。

真正重要的是，这一进展并非仅限于对材料的单一测试。研究团队成功组装出了完整的钙电池，并对其在数百次循环中的表现进行了检测。在1,000次循环后仍能保持74.6%以上的容量，这为解决迄今为止阻碍该技术发展的诸多关键问题带来了新的希望。

这绝不意味着我们很快就能看到配备钙电池的电动汽车。要将这些实验室成果转化为商用电池，还有许多步骤需要克服，尤其是在能量密度、功率、不同温度下的性能、大规模生产、成本以及实际使用中的耐久性等方面。

但这一成果确实表明，钙电池已经开始突破此前存在的一些关键障碍。对于那些对原材料成本和供应状况要求较高的应用领域来说，这一点尤其具有意义，从与可再生能源相关的储能系统到未来的电动汽车都有可能受益。

事实上，香港科技大学本身就着眼于从可再生能源存储系统到电动汽车等各种应用领域。其目标并非立即取代锂离子电池，而是证明存在其他替代方案，这些方案的性能足够优异，足以支撑进一步的研究。

或许最有趣的部分就在于此：寻找未来电池的竞争并不仅限于某一种技术。钠离子电池、钙离子电池、固态电解质电池以及其他解决方案都在同步发展。其中一些最终将在电动汽车领域发挥重要作用，而另一些则可能应用于电力存储领域。

目前，这些研究人员开发的钙电池还只是实验室原型。但既然已经成功将能够促进钙离子移动的准固态电解质与1000次循环的使用寿命结合在一起，就说明这种化学技术不能再被视为单纯的理论替代方案。钙电池正开始真正成为下一代电池的有力竞争者。

来源 | Advanced

要点

香港和上海的研究人员开发出一种新型钙电池。

该电池采用基于共价有机结构的准固态电解质。

新的结构有助于钙离子的移动。

该电池的可逆比容量达到了155.9 mAh/g。

经过1000次循环后，其容量仍保留了74.6%以上。

钙的储量远高于锂，因此可以减少对更为稀缺的原材料的依赖。

这仍是一项实验性技术，在其应用于电动汽车之前还有许多重大挑战需要克服。

固定式储能以及可再生能源可能是其最早的应用领域之一。