Het onderzoeksteam van de afdeling Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology heeft gemeld dat het toevoegen van water aan een elektrolyt de functie van vanadiumoxide verbetert, een positief elektrodemateriaal in calcium-ionbatterijen. Hoewel bekend is dat water in elektrolyten veel negatieve effecten heeft, Er is nu gevonden dat het een fenomeen veroorzaakt dat de conventioneel langzame reactie van calcium-ionbatterijen versnelt. De resultaten geven aan dat dit fenomeen wordt veroorzaakt door veranderingen in de elektrolytstructuur. De onderzoekers denken dat deze ontdekking de ontwikkeling van elektrolyten voor de implementatie van calcium-ionbatterijen in de toekomst enorm ten goede zal komen.

Secundaire batterijen zijn waardevolle bronnen die verschillende industrieën ondersteunen. Vandaag, secundaire batterijen zijn nodig voor herbruikbare energie en elektrische voertuigen. Lithium-ion secundaire batterijen worden al veel gebruikt als krachtige secundaire batterijen. Echter, in recente jaren, de veiligheid van secundaire batterijen is in twijfel getrokken, met talloze rapporten over verbranding. De behoefte aan secundaire batterijen zal naar verwachting exponentieel toenemen, samen met de opkomst van elektrische voertuigen. Dit betekent een grotere vraag naar lithium, en op zijn beurt, problemen zoals hogere prijzen en mogelijke uitputting van hulpbronnen.

Calcium-ionbatterijen zijn een type secundaire batterij van de volgende generatie die geen lithium gebruikt en een batterijspanning kan bereiken die vergelijkbaar is met die van lithium-ionbatterijen. In vergelijking met lithium-ionbatterijen, calcium-ionbatterijen zijn veiliger, goedkoper om te produceren en hun hulpbronnen zijn veel overvloediger. Echter, calcium-ion-batterijen zijn nog steeds onderhevig aan een aantal problemen. Een van die problemen is dat ze veel lager werken dan die van lithium-ionbatterijen.

In dit onderzoek, Toyohashi University meldde dat de langzame werksnelheid van calcium-ionbatterijen kan worden verbeterd door water aan de elektrolyt toe te voegen. De grafieken van de testresultaten laten zien dat overspanning die optreedt tijdens het laden/ontladen sterk afneemt naarmate de hoeveelheid toegevoegd water toeneemt, en die reactie verloopt zonder problemen. De onderzoekers bewezen dat dit fenomeen wordt veroorzaakt doordat de structuur van de elektrolyt sterk verandert door toevoeging van water.

Yoshiaki Murata, doctoraat student en eerste auteur van de studie, zegt, "De elektrolyt bestaat uit positieve ionen (calciumionen), negatieve ionen en oplosmiddelmoleculen, en de toestand rond het calciumion verandert sterk wanneer water wordt toegevoegd. Wat dat betekent is dat, om de prestaties van een calcium-ionbatterij te verbeteren, bij voorkeur is er geen negatief ion gehecht aan het calciumion in de elektrolyt en een oplosmiddelmolecuul dat gemakkelijk scheidt, wordt aan het calciumion gehecht. Hoewel we nog steeds een elektrolyt moeten ontdekken met deze eigenschappen die geen water bevat om calcium-ionbatterijen te verkrijgen, de ontdekking van dit fenomeen zal zeker helpen bij de toekomstige ontwikkeling van elektrolyten."

Het resultaat van de huidige studie was eigenlijk een secundair resultaat dat werd verkregen tijdens het bestuderen van nieuwe elektrolyten. Elektrolyten moeten voldoende gedehydrateerd zijn wanneer ze worden ontwikkeld, maar dit uitdrogingsproces is moeilijk. De huidige studie werd uitgevoerd vanwege de verbetering van de eigenschappen van een batterij tijdens het testen van een onvoldoende gedehydrateerde elektrolyt. Hoewel er berichten zijn over een fenomeen waarbij de prestaties van bijvoorbeeld een magnesium-ionbatterij verbeteren door toevoeging van water, het mechanisme hierachter was niet duidelijk bekend. Het was verrassend dat hetzelfde fenomeen te zien was in calcium-ionbatterijen, en we zijn van mening dat het ophelderen van het mechanisme achter dit gedrag nuttig zou zijn voor de toekomstige ontwikkeling van elektrolyten.

Ons onderzoeksteam wil nieuwe elektrolyten ontwikkelen en beoordelen op basis van deze nieuw ontdekte elektrolytstructuur die de prestaties van calcium-ionbatterijen verbetert. Verder, we zijn niet de enigen die dit hebben bestudeerd; het aantal onderzoeken naar calcium-ionbatterijen is de afgelopen jaren snel toegenomen. uiteindelijk, we willen een calcium-ionbatterij ontwikkelen die de capaciteit heeft om lithium-ionbatterijen te evenaren of in te halen.