Istraživačka skupina razvila je prototip kalcijeve (Ca) metalne punjive baterije sposobne za 500 ciklusa ponovljenog punjenja i pražnjenja.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Advanced Science u maju 2023.
Uz sve veću upotrebu električnih vozila i mrežnih sistema za pohranu energije, potreba za alternativama litij-jonskim baterijama (LIB) nikada nije bila veća. Jedna takva zamjena su Ca metalne baterije. Kao peti najrasprostranjeniji element u zemljinoj kori, kalcij je široko dostupan i jeftin te ima veći potencijal gustoće energije od LIB-ova. Također se smatra da njegova svojstva pomažu ubrzati transport jona i difuziju u elektrolitima i katodnim materijalima, što mu daje prednost u odnosu na druge LIB-alternative kao što su magnezij i cink.
Ali postoje mnoge prepreke u pogledu komercijalne održivosti metalnih Ca baterija. Nedostatak učinkovitog elektrolita i nepostojanje katodnih materijala s dovoljnom sposobnošću skladištenja Ca2+ su među glavnim preprekama.
“U našem trenutnom istraživanju testirali smo dugoročni rad Ca metalne baterije s kompozitnom katodom od nanočestica bakrenog sulfida (CuS) i elektrolita na bazi hidrida”, kaže Kazuaki Kisu, docent na Institutu za istraživanje materijala (IMR) pri Univerzitetu Tohoku.
Kao prirodni mineral CuS ima povoljna elektrohemijska svojstva. Njegova slojevita struktura omogućuje pohranjivanje raznih katjona, uključujući litij, natrij i magnezij. Ima veliki teoretski kapacitet od 560 mAh g-1, što je dva do tri puta više od sadašnjih katodnih materijala za litij-jonske baterije.
Kroz nanopartikulaciju i kompozitovanje s ugljičnim materijalima, Kisu i njegovi kolege uspjeli su stvoriti katodu koja može pohraniti velike količine kalcijevih jona. Kada se koriste s elektrolitom hidridnog tipa, proizvode bateriju s vrlo stabilnim cikličkim performansama. Prototip baterije zadržao je 92% kapaciteta zadržavanja tijekom 500 ciklusa na temelju kapaciteta 10-og ciklusa.
Grupa je uvjerena da će njihovo otkriće unaprijediti istraživanje katodnih materijala za baterije na bazi Ca. “Naša studija potvrđuje pogodnost Ca metalnih anoda za dugotrajne operacije i nadamo se da će ubrzati razvoj Ca metalnih baterija”, kaže Kisu.
Izvor: ScienceDaily
Prevod: AbrašMEDIA