Batería recargable de calcio con larga duración.

Con el aumento del uso de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a escala de red, la necesidad de explorar alternativas a las baterías de iones de litio (LIB) nunca ha sido mayor. Uno de esos reemplazos son las baterías de metal Ca. Como quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, el calcio está ampliamente disponible y es económico, y tiene un mayor potencial de densidad energética que los LIB. También se cree que sus propiedades ayudan a acelerar el transporte y la difusión de iones en electrolitos y materiales catódicos, lo que le otorga una ventaja sobre otras alternativas LIB como el magnesio y el zinc.

Pero aún quedan muchos obstáculos en el camino de la viabilidad comercial de las baterías de metal Ca. La falta de un electrolito eficiente y la ausencia de materiales catódicos con suficiente Ca²⁺ Las capacidades de almacenamiento han demostrado ser los principales obstáculos.

En 2021, algunos miembros del grupo de investigación actual proporcionaron una solución al problema anterior cuando desarrollaron un nuevo electrolito de calcio (Ca) sin flúor basado en un grupo de hidrógeno (monocarborano). El electrolito demostró rendimientos electroquímicos notablemente mejorados, como alta conductividad y altas estabilidades electroquímicas.

'Para nuestra investigación actual, probamos el funcionamiento a largo plazo de una batería de metal Ca con un cátodo compuesto de nanopartículas/carbono de sulfuro de cobre (CuS) y un electrolito a base de hidruro', dice Kazuaki Kisu, profesor asistente en el Instituto de la Universidad de Tohoku. para la Investigación de Materiales (IMR).

También es un mineral natural, el CuS tiene propiedades electroquímicas favorables. Su estructura en capas le permite almacenar una variedad de cationes, incluidos litio, sodio y magnesio. Tiene una gran capacidad teórica de 560 mAh g-1, dos o tres veces mayor que los materiales catódicos actuales para baterías de iones de litio.

Mediante nanopartículas y composición con materiales de carbono, Kisu y sus colegas pudieron crear un cátodo capaz de almacenar grandes cantidades de iones de calcio. Cuando se emplean con electrolitos de tipo hidruro, producen una batería con un rendimiento cíclico muy estable. La batería prototipo mantuvo una retención de capacidad del 92 % durante 500 ciclos según la capacidad del décimo ciclo.

El grupo confía en que su avance ayudará a avanzar en la investigación de materiales catódicos para baterías a base de Ca. 'Nuestro estudio confirma la viabilidad de los ánodos de metal de Ca para operaciones a largo plazo y tenemos la esperanza de que los resultados aceleren el desarrollo de baterías de metal de Ca', afirma Kisu.