Investigadores de la Universidad de Tohoku desarrollaron recientemente un prototipo de batería recargable de metal de calcio capaz de 500 ciclos repetidos de carga y descarga. Quinientos ciclos es el punto de referencia para la práctica. batería usar. El descubrimiento se realizó gracias al desarrollo de un cátodo compuesto por nanopartículas de sulfuro de cobre/carbono y un electrolito a base de hidruro.
Con el aumento de las ventas de vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red, la necesidad de explorar alternativas a las baterías de iones de litio nunca ha sido mayor.
El avance acaba de ser informado en la revista ciencia avanzada.
El avance se centra en el elemento calcio y ahora se está probando un prototipo. El calcio (Ca) es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, el calcio está ampliamente disponible y es económico, y tiene una densidad de energía potencial más alta que las baterías de iones de litio (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 da una ventaja sobre otras alternativas LIB como el magnesio y el zinc.
Pero muchos obstáculos se interponen 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 resultaron ser los principales obstáculos.
Esquema de un prototipo de batería de metal Ca. La batería consta de un electrodo de almacenamiento de Ca2+ positivo que contiene el compuesto CuS/C y un electrodo de revestimiento/desprendimiento de Ca negativo con un electrolito a base de hidruro, Ca(CB11H12)2 en DME/THF. Crédito de la imagen: Universidad de Tohoku. haga clic en ambos el comunicado de prensa Es el informe del estudio de acceso abierto para más imágenes e información.
En 2021, algunos miembros del grupo de investigación actual proporcionaron una solución al antiguo problema cuando crearon un nuevo electrolito de calcio sin flúor basado en un grupo de hidrógeno (monocarborano). El electrolito demostró rendimientos electroquímicos notablemente mejorados, como alta conductividad y alta estabilidad electroquímica.
Kazuaki Kisu, profesor asistente del Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku, dijo: «Para nuestra investigación actual, probamos el funcionamiento a largo plazo de una batería de metal Ca con un cátodo compuesto de nanopartículas de sulfuro de carbono/cobre (CuS) y un hidruro a base de electrolitos».
También un mineral natural, 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 más que los materiales de cátodo actuales para baterías de iones de litio.
Mediante nanopartículas y composición con materiales de carbono, Kisu y sus colegas lograron crear un cátodo capaz de almacenar grandes cantidades de iones de calcio. Cuando se emplean con el electrolito de tipo hidruro, producen una batería con un rendimiento de ciclo altamente estable. La batería prototipo mantuvo una capacidad de retención del 92 % durante 500 ciclos en función de la capacidad del décimo ciclo.
El grupo confía en que su descubrimiento ayudará a avanzar en la investigación sobre materiales de cátodo para baterías a base de calcio. «Nuestro estudio confirma la viabilidad de los ánodos de metal Ca para el funcionamiento a largo plazo y esperamos que los resultados aceleren el desarrollo de las baterías de metal Ca», dijo Kisu.
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Al pensar en materiales de bajo costo, el calcio y sus formas naturales vienen a la mente muy rápidamente. El potencial teórico es excelente. Hacer que funcione ahora es una gran posibilidad.
Las baterías a base de calcio podrían hacer de los vehículos eléctricos una realidad práctica. En este momento, la practicidad es realmente un nicho, y no uno particularmente grande. El peso debe reducirse drásticamente, el costo debe reducirse en un factor de 5 o más, el tiempo de carga debe reducirse enormemente y la seguridad debe mejorarse para que puedan estacionarse en un garaje sin que la compañía de seguros se asuste.
Eso hace que esta noticia sea importante. Sí, es una tecnología recién nacida, pero con el tiempo el potencial es simplemente enorme y la demanda de almacenamiento eléctrico está creciendo por segundos.
Por Brian Westenhaus a través de Newenergyandfuel.com
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