香港科技大學（HKUST）的科學家報告了鈣離子電池（CIB）研究的重大突破，可能會重塑日常生活中能量儲存和使用的方式。透過引入準固態電解質 (QSSE)，該團隊開發了一種新型 CIB，旨在提高性能和耐用性。該技術可以支援從再生能源儲存系統到電動車的各種應用。該作品出現在 先進科學 標題為「來自氧化還原活性共價有機框架電解質的高性能鈣離子固態電池」。
隨著各國擴大再生能源生產，對可靠、高效電池儲存的需求不斷增長。如今，鋰離子電池（LIB）在市場上佔據主導地位，但人們對有限的鋰資源及其能量密度的實際限制的擔憂仍然存在。這些限制增加了對能夠滿足全球長期能源需求的替代電池化學物質的尋找。
鈣離子電池引起了人們的關注，因為鈣含量豐富，並且提供了與鋰離子電池相當的電化學窗口。然而，技術障礙減緩了進展。特別是，鈣離子很難在電池內有效移動，並且在重複充電和放電循環中保持穩定的性能已被證明具有挑戰性。這些問題使得 CIB 無法與現有的鋰基系統直接競爭。
準固態電解質改善離子傳輸
為了解決這些問題，科大化學與生物工程系副教授 Yoonseob KIM 教授領導的團隊設計了共價有機氧化還原框架作為 QSSE。這些富含羰基的材料實現了高離子電導率（0.46 mS cm-1）和鈣2+ 室溫下的運輸能力（>0.53）。
透過實驗室實驗和電腦模擬，研究人員發現Ca2+ 離子快速穿過共價有機框架結構孔內排列的羰基。這種有組織的內部路徑有助於解釋離子淌度和整體電池性能。
超過 1,000 次循環的穩健性能
利用這種設計，團隊組裝了一個完整的鈣離子電池，其可逆比容量為 155.9 mAh g。-1 0.15 安（克）-1。雖然 1 A g-11000次充放電循環後，電池仍保留74.6%以上的容量。這些結果證明了共價有機氧化還原框架顯著增強 CIB 技術的潛力。
Kim教授表示：“我們的研究強調了鈣離子電池作為鋰離子技術的可持續替代品的變革潛力。通過利用共價有機氧化還原框架的獨特性能，我們在實現滿足綠色未來需求的高性能儲能解決方案方面邁出了重要一步。”
這項研究是香港科技大學與上海交通大學合作進行的。
