Исследовательская группа разработала прототип металл-кальциевой аккумуляторной батареи, способной выдержать 500 циклов многократного заряда-разряда – подобный показатель характерен для пригодных на практике батарей. Описание разработки было опубликовано в журнале Advanced Science 19 мая 2023 года.
В связи с ростом использования электромобилей и систем хранения энергии в масштабах энергосистемы, необходимость изучения альтернатив литий-ионным батареям как никогда высока. Одной из таких замен являются металл-кальциевые батареи. Кальций, как пятый по распространённости элемент в земной коре, широко доступен и недорог, а также у него более высокий потенциал плотности энергии, чем у лития. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами литиевым батареям – такими, как магний и цинк.
Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий. Основными препятствиями были отсутствие эффективного электролита и отсутствие достаточно качественных катодных материалов.
«В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS)/углеродного композита и электролитом на основе гидрида», — говорит Казуаки Кису, доцент Института исследования материалов (IMR) Университета Тохоку.
CuS как природный минерал обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет ему хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний. Его теоретическая ёмкость составляет 560 мАч/г — в два-три раза больше, чем у современных катодных материалов для литий-ионных батарей.
Благодаря наночастицам и композиции с углеродными материалами Кису и его коллегам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция. При использовании электролита гидридного типа они создали батарею с очень стабильными показателями работы в течение многих циклов. Прототип батареи сохранял 92% ёмкости в течение 500 циклов, основываясь на ёмкости 10-го цикла.
В связи с ростом использования электромобилей и систем хранения энергии в масштабах энергосистемы, необходимость изучения альтернатив литий-ионным батареям как никогда высока. Одной из таких замен являются металл-кальциевые батареи. Кальций, как пятый по распространённости элемент в земной коре, широко доступен и недорог, а также у него более высокий потенциал плотности энергии, чем у лития. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами литиевым батареям – такими, как магний и цинк.
Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий. Основными препятствиями были отсутствие эффективного электролита и отсутствие достаточно качественных катодных материалов.
«В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS)/углеродного композита и электролитом на основе гидрида», — говорит Казуаки Кису, доцент Института исследования материалов (IMR) Университета Тохоку.
CuS как природный минерал обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет ему хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний. Его теоретическая ёмкость составляет 560 мАч/г — в два-три раза больше, чем у современных катодных материалов для литий-ионных батарей.
Благодаря наночастицам и композиции с углеродными материалами Кису и его коллегам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция. При использовании электролита гидридного типа они создали батарею с очень стабильными показателями работы в течение многих циклов. Прототип батареи сохранял 92% ёмкости в течение 500 циклов, основываясь на ёмкости 10-го цикла.
