西班牙研发钙电池替代锂电池

西班牙研究人员正在研发一种用钙代替锂的原型电池。

自发现电以来，发明家们一直致力于寻找储存电能的方法。没过多久，电池就成为最常见的化学储能方式，但为了使电池便于携带以及可充电，他们又耗费了几个世纪的时间来调整电池的元素组合，最终形成了今天人类赖以生活和生产的电池设备。

作为便携式电子设备时代的真正主角，锂离子电池似乎注定要取得空前的成功。锂的提取成本高昂，处理起来也很危险，这使其变得难以加工和回收。对锂的需求超过了可用的资源。锂资源的特点是在地理上孤立分布（在澳大利亚荒野等地方被人发现），这提升了锂供应链的复杂性。

欧盟的数据显示，到2050年，要满足电动汽车的电池需求，以及储存达到欧盟绿色协议设定的碳排放目标所需的可再生能源，欧盟需要的锂将是当前供应的60倍。

基于此前提，巴塞罗那材料科学研究所的罗莎·帕拉辛等研究人员，正试图利用欧洲现有的储量更丰富的元素，来制造具有相似性能的电池。她和她率领的团队（成员来自多个欧盟国家）已着手研制基于钙的原型电池。钙在元素周期表中的位置靠近锂。该计划由隶属欧洲创新理事会的一项基金资助，并被命名为CARBAT项目。

钙是一种极为常见的元素，储量约为锂的2000倍，存在于骨骼、黏土等许多其他物质中。帕拉辛说：“它是地壳中最丰富的元素之一。它不像锂那样集中在特定的地理区域。而如果原材料成本低廉，那么用其制造的电池也能具备这样的优势。”

与锂离子电池使用石墨作为负极相比，使用钙作为负极更有优势，因为它的能量密度更高，即每公斤储存能量的能力更强。

帕拉辛说：“用这种配置的话，理论上，我们可以在使用金属作为电极之一的情况下，使能量密度达到非常高的水平。”

锂离子电池的能量密度无法达到这种水平，因为它们不能使用高活性的金属锂作为电极。这样做通常会形成微小的刚性树状结构，称为树突，多次使用后可能会导致电池短路甚至爆炸。

帕拉辛说：“在电动汽车使用相同规格电池的情况下，如果能找到合适的正极，将能够延长续航里程。”

然而，选择打造原型电池所需的其他组件（例如离子流过的电解液）的过程很复杂。帕拉辛说：“钙离子和溶剂分子之间的许多相互作用发生在电解液中，这会降低钙的流动性。”电解液出色的导电性将有助于离子加快移动速度，从而增大电池的功率。

为了克服这一障碍，研究人员开发了各种盐和溶剂的模型，为的是找到一种能够在钙电极上形成钝化层以促进离子移动的电解液。帕拉辛说：“似乎所有发挥功效的电解液都含有硼。”