Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработали новый тип кальций-ионных аккумуляторов, способных составить конкуренцию доминирующей литий-ионной технологии.
Предложенное решение значительно повышает стабильность и производительность систем хранения энергии. Команда инженеров создала систему на основе квазитвердотельных электролитов с использованием окислительно-восстановительных активных ковалентных органических каркасов (COF).
Это позволило преодолеть ключевые технологические барьеры, препятствовавшие коммерциализации кальциевых батарей.
Читайте: 1,8 млн км без деградации – Батарея CATL со сверхбыстрой зарядкой за 12 минут
Решение проблемы ионного барьера
Кальций-ионные системы долгое время рассматривались как перспективная замена литию благодаря распространённости и низкой стоимости кальция.
Однако их внедрение сдерживалось медленным транспортом ионов Ca2+ и нестабильностью при циклической нагрузке. Без высокой скорости перемещения заряженных частиц эффективность батареи падает, а деградация ускоряется.
Группа HKUST решила эту проблему, спроектировав ковалентные органические каркасы с высоким содержанием карбонильных групп. Эти материалы формируют упорядоченные каналы, которые направляют ионы кальция через структуру электролита.
Согласно результатам исследования, новые электролиты достигли ионной проводимости 0,46 мСм/см при комнатной температуре.
Эксперименты и компьютерное моделирование подтвердили, что ионы кальция быстро перемещаются вдоль карбонильных групп внутри пор COF.
Собранный прототип продемонстрировал обратимую удельную ёмкость 155,9 мАч/г при плотности тока 0,15 А/г. Важнейшим достижением стало сохранение более 74,6% первоначальной ёмкости после 1000 циклов заряда-разряда при токе 1 А/г.
Перспективы и безопасность
«Наше исследование подчёркивает трансформационный потенциал кальций-ионных батарей как устойчивой альтернативы литий-ионным технологиям», — отметил профессор Юнсоб Ким из департамента химической и биологической инженерии HKUST.
По его словам, использование свойств COF приближает создание высокопроизводительных решений для «зелёной» энергетики.
Квазитвердотельные электролиты также обладают преимуществами в области безопасности: они минимизируют риск утечек и повышают механическую стабильность устройства. Это делает технологию востребованной для электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии в энергосетях.
Работа проводилась совместно с учёными Шанхайского университета Цзяо Тун. Хотя для масштабирования технологии требуется дополнительная верификация, текущие показатели уже позволяют кальций-ионным системам претендовать на долю в будущем энергетическом балансе.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU