Bateria metalowo-wapniowa o wysokiej żywotności

Prototyp metalowo-wapniowego magazynu energii został opracowany przez naukowców z japońskiego Uniwersytetu Tohoku. Autorzy twierdzą, że technologia ta jest potencjalną alternatywą dla baterii litowo-jonowych.

Wśród przewag technologii metalowo-wapniowej naukowcy wymieniają m.in. wysoką gęstość energii, opłacalność i dostępność pierwiastków. Po drugiej stronie są jednak wyzwania w postaci pasywacji metalu wapniowego przez elektrolity oraz braku materiałów katodowych o wydajnych możliwościach do magazynowania Ca2+.

Prototyp gotowy

Badacze wciąż podejmują działania w kierunku rozwoju technologii metalowo-wapniowej. Naukowcy z Uniwersytetu Tohoku w Japonii poinformowali w swojej pracy naukowej, że opracowali prototyp baterii wapniowej o długiej żywotności ponad 500 cykli ładowania i rozładowania.

REKLAMA

Magazyn energii został opracowany przy wykorzystaniu nanokompozytu CuS/C i dostosowanego roztworu elektrolitu monowęglowodorowego Ca(CB11H12)2 w DME/THF. Nanocząstki kompozytu CuS o wielkości około 20 nm zostały silnie rozproszone w matrycy KB za pomocą środków hydrotermalnych i jednocześnie połączone z węglem o dużej powierzchni. Nanokrystaliczny CuS przekształcił się w materiał amorficzny podczas reakcji konwersji między CuS i Ca2+, a wieloetapowe profile reakcji zostały zachowane po cyklu rozładowania/ładowania.

Zdaniem badaczy opracowany prototyp wykazał się lepszą wydajnością niż najnowocześniejsze baterie wapniowo-metalowe, zarówno pod względem wydajności, jak i żywotności. Ich bateria może wytrzymać ponad 500 cykli wielokrotnego ładowania i rozładowywania przy zachowaniu 92 proc. pojemności (na bazie pojemności 10. cyklu).

Wyniki badań sugerują, że rozwój baterii metalowo-wapniowych jako kandydatów do częściowego zastąpienia baterii litowo-jonowych jest możliwy. Naukowcy zaznaczają jednak, że wciąż potrzeba wielu testów, udoskonaleń i działań w kierunku stabilizacji metalowo-wapniowych magazynów energii.

REKLAMA

Opis swojego badania naukowcy przedstawili w artykule opublikowanym w „Advanced Science”.

Metalowo-wodorowa konkurencja

Poważnym konkurentem dla powszechnie stosowanych baterii litowo-jonowych mogą stać się również baterie metalowo-wodorowe. Firmą aktywnie działającą w rozwoju tej technologii jest amerykański start-up EverVenue. Produkuje on baterie metalowo-wodorowe z gwarancją nawet 30 tys. cykli. Technologie stosowane przez EverVenue znalazły już zastosowanie m.in. przy projektach budowy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz w innych rozwiązaniach stosowanych przez NASA.

Jedną z największych różnic pomiędzy bateriami metalowo-wodorowymi a powszechnie wykorzystywanymi li-ion ma być liczba przewidywanych cykli pracy. Podczas gdy średnia liczba cykli baterii litowo-jonowych sięga 6 tys., a maksymalnie około 10 tys., bateria metalowo-wodorowa EnerVenue ma oferować od 20 do 30 tys. cykli.

Na koniec 2022 roku EverVenue poinformował, że podpisał kontrakt na dostawę 250 MWh swoich baterii metalowo-wodorowych dla dewelopera Green Energy Renewable Solutions.