Forscher der Tohoku-Universität haben kürzlich einen Prototyp einer wiederaufladbaren Calcium-Metall-Batterie entwickelt, die 500 wiederholte Ladezyklen ermöglicht. Fünfhundert Zyklen sind der Maßstab für den praktischen Einsatz von Batterien. Das Ergebnis wurde durch die Entwicklung einer Verbundkathode aus Kohlenstoff- und Kupfersulfid-Nanopartikeln und einem Elektrolyten auf Hydridbasis erreicht.
Angesichts des zwanghaften Verkaufs von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen im Netzmaßstab war die Notwendigkeit, Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien zu erkunden, noch nie so groß.
Die Entdeckung wurde gerade in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Der Fortschritt konzentriert sich auf das Fußballelement und jetzt wird ein Prototyp getestet. Calcium (Ca) ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste, ist weit verbreitet und kostengünstig und verfügt über ein höheres Energiedichtepotenzial als Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Es wird auch angenommen, dass seine Eigenschaften dazu beitragen, den Transport und die Diffusion von Ionen in Elektrolyten und Kathodenmaterialien zu beschleunigen, was ihm einen Vorteil gegenüber anderen LIB-Alternativen wie Magnesium und Zink verschafft.
Leider stehen der kommerziellen Realisierbarkeit von metallischen Ca-Batterien noch viele Hindernisse im Weg. Als Haupthindernisse erwiesen sich das Fehlen eines effizienten Elektrolyten und das Fehlen von Kathodenmaterialien mit ausreichender Ca2+-Speicherfähigkeit.
Schema eines Prototyps einer Calcium-Metall-Batterie.
Im Jahr 2021 lieferten einige Mitglieder der aktuellen Forschungsgruppe eine Lösung für das erste Problem, indem sie einen neuen fluorfreien Calciumelektrolyten auf Basis eines Wasserstoffclusters (Monocarboran) herstellten. Der Elektrolyt hat eine deutlich verbesserte elektrochemische Leistung gezeigt.
Für die aktuelle Forschung wurde der Langzeitbetrieb einer metallischen Ca-Batterie mit einer Verbundkathode aus Kupfersulfid (CuS) und Kohlenstoffnanopartikeln und einem hydridbasierten Elektrolyten getestet. Kupfersulfid, das in der Natur reichlich vorhanden ist, hat günstige elektrochemische Eigenschaften. Aufgrund seiner Schichtstruktur kann es eine Vielzahl von Kationen speichern, darunter Lithium, Natrium und Magnesium. Es hat eine große theoretische Kapazität von 560 mAh g-1, zwei- bis dreimal höher als aktuelle Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
Durch Nanopartikel und die Verbindung mit Kohlenstoffmaterialien konnten Kisu und seine Kollegen eine Kathode herstellen, die große Mengen an Kalziumionen speichern kann. Durch die Verwendung von Hydrid-Elektrolyten haben sie eine Batterie mit einer äußerst stabilen Zykleneffizienz hergestellt. Der Batterieprototyp behielt über 500 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von 92 %, basierend auf der Kapazität des 10. Zyklus.
Die Gruppe ist zuversichtlich, dass ihre Entdeckung dazu beitragen wird, die Forschung zu Kathodenmaterialien für Ca-basierte Batterien voranzutreiben. „Unsere Studie bestätigt die Machbarkeit metallischer Ca-Anoden für den Langzeitbetrieb und wir hoffen, dass die Ergebnisse die Entwicklung metallischer Ca-Batterien beschleunigen werden.“ sagte Kisu.
Die verwendeten Materialien ermöglichen die Entwicklung leistungsstarker Batterien, allerdings zu äußerst geringen Kosten. Das wäre die wahre elektrische Revolution, auf die wir immer noch warten.
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Der Artikel „Erstellte den ersten nutzbaren Kalziumbatterie-Prototyp mit potenziell sehr geringen Kosten“ stammt von Scenari Economici .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Tue, 30 May 2023 06:00:44 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/realizzato-il-primo-prototipo-di-batteria-al-calcio-utilizzabile-dai-costi-potenzialmente-bassissimi/ veröffentlicht wurde.