Calciumbatterier:Nye elektrolytter, forbedrede egenskaber

Calcium-baserede batterier lover at nå en høj energitæthed til lave produktionsomkostninger. Denne teknologi i laboratorieskala har potentialet til at erstatte lithium-ion-teknologi i fremtidige energilagringssystemer. Ved at bruge de tilgængelige elektrolytter, imidlertid, det har hidtil været umuligt at oplade calciumbatterier ved stuetemperatur. I den Energi- og miljøvidenskab tidsskrift, forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) præsenterer nu en lovende elektrolytklasse, hvormed dette vil være muligt.

Effektiv, stor, og billige energilagringssystemer vil lette landsdækkende overgang til nul-emission mobilitet og strømforsyning. Dagens fremherskende lithium-ion teknologi, imidlertid, ikke kan løse denne opgave på globalt plan, siger professor Maximilian Fichtner fra KIT, Direktør for forskningsplatformen CELEST (Center for Elektrokemisk Energilagring Ulm &Karlsruhe). Her, calciumbatterier og andre lagringsteknologier studeres. "På mellemlang sigt lithium-ion-batterier vil nå deres grænser med hensyn til ydeevne og nogle af de ressourcer, der bruges til deres fremstilling. Dette vil forhindre deres fremtidige brug, hvor end det ville være rimeligt for energiomstillingen. Tilgængelighed af ressourcer, der er nødvendige til fremstilling, såsom kobolt, nikkel, og lithium, er begrænset." På Helmholtz Institute Ulm (HIU) etableret af KIT i samarbejde med Ulm University, Fichtner og hans team fokuserer i stedet på alternative batteriteknologier. Disse teknologier er baseret på mere rigelige ressourcer. Calcium er en lovende kandidat, fordi det kan frigive og acceptere to elektroner pr. atom i modsætning til lithium, og fordi det leverer en spænding svarende til lithiums:"Calcium er det femte mest udbredte grundstof i jordskorpen. Det er fordelt homogent på Jorden, og det er sikkert, ikke giftig, og billigt."

Søg efter en passende elektrolyt

Stadig, der har været en stor hindring i udviklingen af ​​calciumbatterier indtil nu:I modsætning til den etablerede lithium-ion-teknologi eller nyere natrium- eller magnesiumteknologier, praktiske elektrolytter til fremstilling af genopladelige calciumbatterier har hidtil manglet. "I et par år nu, eksperimentelle elektrolytter og, derfor, prototyper af calciumbatteriet har været tilgængelige, " siger Dr. Zhenyou Li, første forfatter til undersøgelsen, og Dr. Zhirong Zhao-Karger, hvem leder projektet. Begge arbejder i POLiS (Post Lithium Storage) Cluster of Excellence af KIT, der er indlejret i CELEST. "Men disse elektrolytter muliggør kun opladning ved temperaturer over 75 grader Celsius, og desuden er de modtagelige for uønskede bivirkninger."

Det er nu lykkedes forskerne at syntetisere en klasse af nye elektrolytter baseret på specielle organiske calciumsalte. Disse elektrolytter muliggør opladning ved stuetemperatur. Ved at bruge den nye elektrolyt calciumtetrakis[hexafluorisopropyloxy]borat, forskerne demonstrerede gennemførligheden af ​​calciumbatterier med høj energitæthed, lagerkapacitet, og mulighed for hurtig opladning. Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab .

Calciumbatterier som bæredygtige energilagringssystemer

Den nye klasse af elektrolytter er et vigtigt grundlag for at overføre calciumbatterier fra laboratoriet til applikationen. I elektriske køretøjer, mobile elektroniske enheder, og stationære lagersystemer, de kan erstatte det nuværende dominerende lithium-ion-batteri en dag. Men dette kan tage et stykke tid:"De nye elektrolytter er et første vigtigt skridt, "Fichtner understreger. "Der er stadig et stykke vej til det modne calciumbatteri."