Op calcium gebaseerde batterijen beloven een hoge energiedichtheid te bereiken tegen lage productiekosten. Deze technologie op laboratoriumschaal heeft het potentieel om lithium-iontechnologie te vervangen in toekomstige energieopslagsystemen. Met behulp van de beschikbare elektrolyten, echter, het was tot nu toe onmogelijk om calciumbatterijen bij kamertemperatuur op te laden. In de Energie en milieuwetenschappen logboek, onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) presenteren nu een veelbelovende elektrolytklasse, waarmee dit mogelijk zal zijn.

efficiënt, groot, en goedkope energieopslagsystemen zullen de landelijke overgang naar emissievrije mobiliteit en stroomvoorziening vergemakkelijken. De overheersende lithium-iontechnologie van vandaag, echter, deze taak niet op wereldschaal kunnen vervullen, zegt professor Maximilian Fichtner van het KIT, Directeur van het onderzoeksplatform CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe). Hier, calciumbatterijen en andere opslagtechnologieën worden bestudeerd. "Op middellange termijn lithium-ionbatterijen zullen hun limieten bereiken op het gebied van prestaties en sommige van de bronnen die voor hun productie worden gebruikt. Dit voorkomt toekomstig gebruik daar waar dat redelijk is voor de energietransitie. Beschikbaarheid van middelen die nodig zijn voor productie, zoals kobalt, nikkel, en lithium, is beperkt." Aan het Helmholtz Instituut Ulm (HIU) opgericht door KIT in samenwerking met Ulm University, Fichtner en zijn team richten zich in plaats daarvan op alternatieve batterijtechnologieën. Deze technologieën zijn gebaseerd op meer overvloedige bronnen. Calcium is een veelbelovende kandidaat, omdat het in tegenstelling tot lithium twee elektronen per atoom kan afgeven en opnemen en omdat het een spanning levert die vergelijkbaar is met die van lithium:"Calcium is het vijfde meest voorkomende element in de aardkorst. Het is homogeen verdeeld over de aarde en het is veilig, niet giftig, en goedkoop."

Zoeken naar een geschikte elektrolyt

Nog altijd, er is tot nu toe een groot obstakel geweest bij de ontwikkeling van calciumbatterijen:in tegenstelling tot de gevestigde lithium-iontechnologie of recentere natrium- of magnesiumtechnologieën, bruikbare elektrolyten voor de productie van oplaadbare calciumbatterijen ontbraken tot nu toe. "Sinds een paar jaar experimentele elektrolyten en, Vandaar, prototypes van de calciumbatterij zijn beschikbaar, "zeg Dr. Zhenyou Li, eerste auteur van de studie, en Dr. Zhirong Zhao-Karger, die het project leidt. Beiden werken in het POLiS (Post Lithium Storage) Cluster of Excellence van KIT dat is ingebed in CELEST. "Maar deze elektrolyten kunnen alleen worden opgeladen bij temperaturen boven 75 graden Celsius en zijn bovendien vatbaar voor ongewenste nevenreacties."

De onderzoekers zijn er nu in geslaagd een klasse nieuwe elektrolyten te synthetiseren op basis van speciale organische calciumzouten. Deze elektrolyten maken opladen bij kamertemperatuur mogelijk. Met behulp van het nieuwe elektrolyt calciumtetrakis[hexafluorisopropyloxy]boraat, de onderzoekers hebben de haalbaarheid van calciumbatterijen met een hoge energiedichtheid aangetoond, opslagcapaciteit, en snellaadmogelijkheid. Hun resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Energie en milieuwetenschappen .

Calciumbatterijen als duurzame energieopslagsystemen

De nieuwe klasse van elektrolyten is een belangrijke basis voor de overdracht van calciumbatterijen van het laboratorium naar de toepassing. Bij elektrische voertuigen is mobiele elektronische apparaten, en stationaire opslagsystemen, ze zouden op een dag de momenteel overheersende lithium-ionbatterij kunnen vervangen. Maar dit kan even duren:"De nieuwe elektrolyten zijn een eerste belangrijke stap, " benadrukt Fichtner. "Er is nog een lange weg te gaan naar de volwassen calciumbatterij."