科大創新鈣離子電池技術 大幅提升儲能效率和可持續性

香港科技大學（科大）研究團隊在鈣離子電池技術領域取得重要突破，該技術有望改變日常生活中的能源儲存方案。通過採用準固態電解質技術，這種創新的鈣離子電池有望提升儲能效率和可持續性，其應用範圍涵蓋可再生能源系統及電動汽車等多個領域。該項研究已於國際權威跨學科期刊《先進科學》上發表，標題為「基於氧化還原活性共價有機框架電解質的高性能準固態鈣離子電池」。

全球對可持續儲能解決方案的需求極為殷切。隨着全球綠色能源轉型步伐加快，社會對高效且穩定的電池系統需求日益增加。目前廣泛應用的鋰離子電池正面對資源稀缺和能量密度接近極限等挑戰，促使探索鈣離子電池等替代技術，為實現可持續未來鋪路。

鈣離子電池因其電化學窗口與鋰離子電池相近，且鈣元素地球儲量豐富，展現出巨大的發展潛力。然而，該技術在實現高效陽離子傳輸和保持穩定循環性能方面仍面對不少挑戰。這些技術瓶頸令鈣離子電池在與商用鋰離子電池的競爭中仍顯不足。

為克服這些挑戰，由科大化學及生物工程學系副教授金允燮教授帶領的研究團隊，成功開發出基於氧化還原活性共價有機框架材料的準固態電解質。這些富含羰基的準固態電解質在室溫下表現出卓越的離子電導率（0.46 mS cm^-1）和鈣離子傳輸能力（>0.53）。結合實驗和模擬研究，團隊發現鈣離子能在共價有機框架有序孔道內沿規整排列的羰基位點快速傳輸。

基於這一創新發現，團隊成功製備出鈣離子全電池。該電池在0.15 A g^-1電流密度下表現出155.9 mAh g^-1的可逆比容量，並在1 A g^-1電流密度下循環1,000次後，容量保持率仍超過74.6%，充分印證了氧化還原共價有機框架材料在推進鈣離子電池技術發展方面的重大潛力。

金教授表示：「我們的研究凸顯了鈣離子電池作為鋰離子技術可持續替代方案的變革性潛力。通過利用氧化還原共價有機框架材料的獨特性質，我們朝着實現能夠滿足綠色未來需求的高性能儲能解決方案邁出了關鍵一步。」

這項研究是科大與上海交通大學研究人員合作的成果。