Istraživačka grupa na japanskom Univerzitetu Tohoku razvila je prototip punjive baterije od metala kalcijuma koja može da izdrži 500 ciklusa ponovljenih punjenja-pražnjenja – merilo za praktičnu upotrebu.
U radu objavljenom u časopisu Advanced Science, naučnici objašnjavaju da je kalcijum, kao peti najzastupljeniji element na zemljinoj kori, široko dostupan i jeftin, i da ima potencijal da obezbedi veću gustinu energije od sadašnjih komponenti litijum-jonskih baterija ( LIBs). Takođe se smatra da njegova svojstva pomažu u ubrzavanju transporta i difuzije jona u elektrolitima i katodnim materijalima, dajući mu prednost u odnosu na druge LIB alternative kao što su magnezijum i cink.
Međutim, prema timu Tohokua, mnoge prepreke ostaju na putu komercijalne održivosti Ca metalnih baterija. Nedostatak efikasnog elektrolita i odsustvo katodnih materijala sa dovoljnim kapacitetima skladištenja Ca2+ pokazali su se kao glavni kamen spoticanja.
- godine, neki članovi trenutne istraživačke grupe pružili su rešenje za problem kada su realizovali novi kalcijum elektrolit bez fluora zasnovan na klasteru vodonika (monokarboran). Elektrolit je pokazao poboljšane elektrohemijske performanse kao što su visoka provodljivost i visoka elektrohemijska stabilnost.
„Za naše trenutno istraživanje, testirali smo dugotrajan rad baterije sa metalom Ca sa nanočesticama od bakar-sulfida (CuS) nanočestice – ugljenične kompozitne katode i elektrolitom na bazi hidrida“, rekao je Kazuaki Kisu, koautor rada u saopštenju za medije.
Kisu je objasnio da takođe prirodni mineral, CuS ima povoljna elektrohemijska svojstva. Njegova slojevita struktura omogućava skladištenje raznih katjona, uključujući litijum, natrijum i magnezijum. Ima veliki teoretski kapacitet od 560 mAh g-1 – dva do tri puta veći od postojećih katodnih materijala za litijum-jonske baterije.
Kroz nanočestice i kombinovanje sa ugljeničnim materijalima, on i njegove kolege su uspeli da stvore katodu sposobnu da skladišti velike količine jona kalcijuma. Kada se koriste sa hidridnim elektrolitom, oni proizvode bateriju sa visoko stabilnim performansama ciklusa. Prototip baterije je zadržao 92% kapaciteta tokom 500 ciklusa na osnovu kapaciteta 10. ciklusa.
Na osnovu ovih rezultata, grupa je uverena da će njihov proboj pomoći u unapređenju istraživanja katodnih materijala za baterije na bazi Ca.
„Naša studija potvrđuje izvodljivost Ca metalnih anoda za dugotrajne operacije, i nadamo se da će rezultati ubrzati razvoj Ca metalnih baterija“, rekao je Kisu.