Создан аккумулятор на основе кальция, способный выдержать рекордные 500 циклов перезарядки.
Что известно
Исследовательская группа Университета Тохоку разработала прототип металло-кальциевой (Ca) батареи, способной выдержать 500 циклов заряда-разряда, что является эталоном для практического использования.
Однако на пути коммерческого использования кальций-металлических батарей все еще стоит множество препятствий. Главным препятствием оказалось отсутствие эффективных материалов электролита и катода с удовлетворительными условиями хранения элементов. Уже в 2021 году члены нынешней исследовательской группы нашли решение первой проблемы, разработав новый электролит без фтора на основе водородного кластера (монокарборана). Электролит показал значительно улучшенные электрохимические характеристики, такие как высокая проводимость и высокая электрохимическая стабильность.
«В нашем нынешнем исследовании мы проверили долгосрочные характеристики металлического аккумулятора на основе кальция с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS) и углеродного композита с электролитом на основе гидрида», — говорит Казуаки Кису, доцент Института исследования материалов (IMR) Университета Тохоку.
Будучи природным минералом, CuS обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний. Его теоретическая емкость составляет 560 мАч на грамм, что в два-три раза больше, чем у современных катодных материалов для литий-ионных батарей.
Благодаря наночастицам и композиту с углеродными материалами, Кису и его коллегам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция. Используя электролит гидридного типа, они создали батарею с очень стабильными характеристиками цикла. Прототип батареи сохраняет 92% емкости после 500 циклов. Группа уверена, что их открытие поможет продвинуть исследования в области катодных материалов для батарей на основе кальция.
Почему это важно
С ростом использования электромобилей и больших систем хранения энергии необходимость в изучении альтернатив литий-ионным батареям возрастает как никогда. Одной из таких замен являются металлические батареи на основе кальция. Пятый по распространенности элемент в земной коре, кальций широко доступен и недорог, а его потенциал плотности энергии выше, чем у лития. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что дает ему преимущество перед другими альтернативами литий-ионных батарей, такими как магний и цинк.