作为潜在钙电池正极的氟化物骨架

钙电池（CBs）是潜在的下一代储能器件，由于其理论上的高能量密度、更好的安全性以及与钙在自然界丰度相关的更低成本，提供了一种有前景的锂离子电池替代品。然而，正极材料的有限可用性迄今为止制约了 CBs 的发展。鉴于 Na$^+$ 和 Ca$^{2+}$ 相似的离子半径，能够可逆嵌入 Na$^+$ 的结构也可能能够可逆嵌入 Ca$^{2+}$。在此背景下，以嵌入 Na$^+$ 而闻名的具有 weberite 和钙钛矿结构的过渡金属氟化物构成了一组有趣的潜在 CB 正极骨架。因此，我们使用第一性原理计算探索了作为 CB 正极的 weberite 和钙钛矿 TMFs，其组成分别为 Ca\textsubscript{x}M\textsubscript{2}F\textsubscript{7} 和 Ca\textsubscrpt{x}MF\textsubscript{3}，其中 M = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co 或 Ni。我们系统评估了关键正极性质，包括基态结构、平均 Ca 嵌入电压、热力学稳定性（0 K 下）、理论容量以及 Ca$^{2+}$ 迁移势垒。重要的是，我们确定 Ca\textsubscript{x}Cr\textsubscript{2}F\textsubscript{7} 和 Ca\textsubscript{x}Mn\textsubscript{2}F\textsubscript{7} weberite 骨架是有前景的 Ca 正极。我们的研究不仅揭示了潜在的 CB 正极，还为基于 TMF 的嵌入正极的进一步发展铺平了道路，丰富了下一代储能系统的化学空间。