A lítiumion-akkumulátorok egyik ígéretes utódjaként vagy inkább versenytársaként emlegetett kalciumion-akkumulátorok fejlesztésének útjában álló egyik jelentős akadályt sikerült legyőznie a Hong Kong Tudományos és Műszaki Egyetem (HKUST) kutatóinak - az eredmények pedig segíthetnek benne, hogy az évek óta nagy várakozással övezett technológia egy lépéssel közelebb kerüljön a megvalósuláshoz.

A kalciumion-akkumulátorok (CIB) hasonló kapacitással bírnak, mint lítiumos társaik, de a bennük található kalcium miatt könnyebben és fenntarthatóbban lehet őket előállítani, a kalcium ugyanis az ötödik leggyakoribb (legnagyobb mennyiségben megtalálható) összetevő a földkéregben, és a harmadik leggyakoribb fém - a vas és alumínium után - a világon. A lítium ezzel összevetve korlátozottabb mennyiségben áll rendelkezésre, és gyakran felmerül a kérdés a lítiumion-akkumulátorok gyártása kapcsán, hogy vajon mennyi időre elegendőek a készletek az egyre növekvő igények kielégítéséhez.

A válasz egyelőre az, hogy sokáig

- a számítások szerint akár 40-50 évig vagy tovább is kitarthatnak a tartalékok, hiszen folyamatosan tárnak fel és aknáznak ki újabb és újabb lelőhelyeket, de az biztos, hogy az energiatárolók iránti kereslet is rendkívüli ütemben fog nőni az elkövetkező évtizedekben. Az MIT Klímaportálja szerint a lítium bányászatának további hátulütője, hogy a tartalékok 60%-a Dél-Amerikában lévő lítiumháromszögben található, ami ökológiailag érzékeny területen fekszik.

A kalciumion-akkumulátorokban a kalciumion (Ca2+) az aktív töltéshordozó, és az anódot kalcium alkotja bennük.

“Az ígéretes többértékű fémek közül a kalcium különösen vonzó, mivel az ötödik leggyakoribb elem a földkéregben,

nagy elméleti térfogati kapacitással rendelkezik (2072 mAh cm⁻³), valamint alacsony redoxpotenciállal (–2,87 V SHE-hez viszonyítva a Ca²⁺/Ca pár esetén), ami összemérhető a lítiumfémével (2046 mAh cm⁻³, –3,04 V SHE-hez viszonyítva a Li⁺/Li pár esetén).” - írják a HKUST kutatói - “Bár a kalciumion-akkumulátorok (CIB-ek) ígéretesek következő generációs energiatárolási technológiaként, fejlesztésüket akadályozza a lassú ionvezetés és a passziváló rétegek kialakulásából eredő gyenge ciklusteljesítmény.”

A kutatók a megoldást a problémákra egy különleges elektrolittípusban, a kvázi szilárd elektrolitokban (QSSE) találták meg, amelyeket redox kovalens szerves vázszerkezetekből készítettek el. Ezekben az elektrolitokban bőségesen találhatóak karbonilok, amelyek elhelyezkedésüknek köszönhetően segítették a kalciumionok mozgását az anyagon belül. “Ezek a karbonilcsoportokban gazdag QSSE-k kiemelkedő ionvezető képességet (0,46 mS cm⁻¹) és jelentős Ca²⁺-transzport képességet (>0,53) mutattak szobahőmérsékleten.” - magyarázta a HKUST.

A kész kalciumion-akkumulátor sokkal jobban működött elődeinél a tesztek szerint, így újabb út nyílt afelé, hogy a kalciumalapú akkumulátorok tényleg valós alternatívát nyújtsanak a lítium helyett. A fejlesztések azonban még tovább zajlanak, és azt a kutatók is hangsúlyozták, hogy a különleges elektrolit használata csak egy sikeres kísérleti demonstrációt jelentett az akkumulátorok fejlesztésének terén.

(Fotó: Salami-Kalahaji et al/Journal of Energy Chemistry, HKUST, MAI-Image-1/Bing)

Ez a nukleáris akksi egy évszázadig működik Folyamatosan, 100 éven át termel energiát.