钙离子电池的突破性进展为锂电池提供了可持续的替代方案

【中国观察2026年02月20日讯】



中国科学家研发出一种用于固态锂电池的动态自适应界面，无需外部压力即可消除电池性能衰减。该电池在2400次循环后容量保持率高达90%，远超传统锂离子电池，且由于不存在热失控现象，比锂离子电池更安全，符合中国2025年新能源储能规划的要求。

钠离子电池（SIBs）不依赖钴或稀有矿物，而是使用钠、铝正极和常见材料。它们更便宜、更环保，是电动汽车、电网储能和离网家庭能源解决方案的理想选择。它们还有望通过提供更安全、更经济的储能方式，打破锂电池的垄断地位。

香港科技大学的研究人员利用氧化还原活性共价有机框架（COFs）开发了一种准固态电解质。该电解质解决了离子传输缓慢和稳定性差的问题，实现了0.46 mS cm⁻¹的离子电导率，并在1000次循环后保持了74.6%的容量。钙的储量是锂的2500倍，从而降低了地缘政治和环境方面的担忧。

锂资源的稀缺、开采伦理问题以及能量密度限制，推动了对替代能源的需求。钠离子电池和钙离子电池提供了更安全、更经济、更可持续的解决方案。

自愈式钠离子电池和钙离子电池有望重塑电动汽车和可再生能源存储市场。尽管商业化仍面临诸多挑战，但这些突破性进展预示着储能方式正朝着丰富且环保的方向发展。随着各国减少对锂供应链的依赖，全球能源独立性有望增强。
香港科技大学的科学家们在钙离子电池（CIB）技术领域取得了重大突破，有望为可再生能源电网和电动汽车带来更安全、更可持续的储能方式。该团队设计了一种基于氧化还原活性共价有机框架的新型准固态电解质，解决了长期以来制约钙离子电池发展的难题——离子传输性能差和稳定性不足。


这项题为“基于氧化还原活性共价有机框架电解质的高性能准固态钙离子电池”的突破性成果发表在《先进科学》（Advanced Science）杂志上，有望挑战锂离子电池在储能领域的统治地位。随着全球对可再生能源的需求激增，锂的局限性——稀缺性、地缘政治紧张局势和环境问题——促使人们更加积极地寻找替代能源。利用地球上储量丰富的材料的钙离子电池或许能提供一种可行的解决方案。

锂资源瓶颈及对替代能源的需求
锂离子电池（LIB）长期以来一直是便携式储能领域的黄金标准，为从智能手机到电动汽车等各种设备提供动力。然而，BrightU.AI的 Enoch 指出，锂资源有限，集中在少数几个国家，而且开采过程会引发环境和伦理方面的担忧。此外，锂离子电池还面临着能量密度方面的根本性限制，促使研究人员探索下一代电池技术。


钙离子电池因其储量丰富（约为锂的2500倍）以及优异的电化学性能而成为极具潜力的候选电池。然而，迄今为止，钙离子电池仍面临离子迁移缓慢和性能快速衰减等问题，阻碍了其实际应用。

一种新型电解液设计提升了性能
由金允燮教授领导的香港科技大学团队，通过开发基于氧化还原活性共价有机框架（COFs）的准固态电解质（QSSE），成功应对了这些挑战。这些多孔、富含羰基的材料促进了高效的Ca²⁺传输，在室温下实现了0.46 mS cm⁻¹的离子电导率和超过0.53的Ca²⁺迁移数。


计算机模拟表明，钙离子在COF结构化孔隙内沿排列的羰基快速移动，从而增强了其迁移能力。这种精心设计的路径使电池在长时间使用中保持稳定性。

高容量和长寿命
在实验室测试中，该团队组装了一个完整的钙离子电池，在 0.15 A g⁻¹ 的电流密度下，可逆比容量为 155.9 mAh g⁻¹。即使在高电流密度 (1 A g⁻¹) 下，该电池在 1000 次循环后仍保持 74.6% 的容量——这是实现商业可行性的关键里程碑。


金教授表示：“我们的研究凸显了钙离子电池作为锂离子电池技术的可持续替代方案所具有的变革性潜力。通过利用氧化还原共价有机框架的独特性能，我们朝着实现能够满足绿色未来需求的高性能储能解决方案迈出了重要一步。”


这项与上海交通大学合作开展的研究标志着电池创新领域的一个重要里程碑。如果钙离子电池能够成功实现规模化生产，不仅可以缓解锂供应链的压力，还能为可再生能源和电动汽车提供更安全、更经济高效的储能方案。


尽管商业化仍面临诸多挑战，例如优化制造工艺和进一步提高能量密度，但这项突破凸显了电池化学多样化的重要性。随着世界向清洁能源转型，钙离子电池等替代技术可能在构建具有韧性和可持续性的电力基础设施方面发挥关键作用。


目前来看，香港科技大学团队的研究成果令人信服地展现了未来能源存储不仅高效，而且丰富且对环境负责的前景。