鋰離子電池，得益于其穩定優異的儲能特性，已廣泛應用于各類便攜電子產品。隨著其能量、功率密度的提升，近年來，越來越多地應用于電動車、智能電網等能量密集型領域。然而，隨著市場需求的進一步提高，尤其是電動車對長續航的持續需求，逼近理論極限的傳統鋰離子電池已漸露疲態。堿金屬負極具有較低的理論電位和較高的理論容量（如：鋰金屬負極質量容量約為3855 mAh g-1，相當于商業化石墨負極的10倍以上），在高比能能量存儲領域（>350 Wh kg-1）展現重要潛力。盡管偶爾有報道聲稱研發出比能量密度大于350 Wh kg-1的單體電池，但受限于枝晶生長、熱失控等安全問題，短期內其大規模商業化應用仍不太現實。相比鋰而言，鈣金屬具有更廣的豐度、更高的安全性和更和諧的環境友好性，更重要的是二者具相近的理論還原電位（Li, -3V vs. Ca, -2.9 V）；而且等物質量的離子，鈣離子能傳輸更多的電荷，也就意味著更大的理論容量。令人遺憾的是，受限于極易退化的電化學沉積/剝離過程，鈣金屬電化學氧化/還原過程極不穩定，伴隨著失控陰離子腐蝕和大幅度的極化電位漂移。究其原因，主要在于缺少合適的電解液體系及與之匹配的穩定電極-電解液界面——固態電解質中間相。
有鑒于此，中山大學材料科學與工程學院王成新教授團隊首次引入Na/Ca復合固態電解質中間相，用于解決鈣金屬在電化學沉積/剝離過程中的失控氟化和沉積電位漂移現象；如下圖所示為核心思想示意圖，通過在鈣金屬表面形成穩定、致密的Na/Ca復合固態電解質中間相界面保護層，從而成功遏制電導絕緣性CaF2不斷形成。
本文核心思想簡圖
通過Na/Ca復合固態電解質中間相保護層的引入，鈣/鈣對稱電池的電化學沉積/剝離過程從幾十小時提升至上千小時以上；基于此鈣負極和自支撐膨化石墨化碳膜正極的鈣金屬電池，在300 mA g-1的充放電倍率和2.0-4.5 V的電壓窗口下，可以穩定循環1900次，容量持有率保持在83%，該工作目前是關于高電壓鈣金屬電池領域的首次報道（>4V）。相關內容以“Hybrid Solid Electrolyte Interphases Enabled Ultralong Life Ca-Metal Batteries Working at Room Temperature”為題，以封面的文章（back cover）的形式發表在材料領域的重要期刊Advanced Materials上，其中宋華偉研究員為第一作者，王成新教授為通訊作者，該工作獲得國家自然科學基金和中山大學高校基本科研業務費等項目的大力資助。
