Μπαταρία ιόντων ασβεστίου υψηλής απόδοσης
μπαταρία ιόντων ασβεστίου, φωτοβολταϊκά, ενέργεια, τεχνολογία, 2022
Ερευνητές από το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Rensselaer στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν μια ειδική κατηγορία υλικών για ιόντα ασβεστίου. Παρέχοντας τρόπους για την εύκολη εισαγωγή τους στα ηλεκτρόδια της μπαταρίας.
Σε ένα πλαίσιο αυξανόμενων τιμών και προβλεπόμενων ελλείψεων σε υλικά μπαταρίας ιόντων λιθίου, η αναζήτηση για φθηνές, άφθονες, ασφαλείς και βιώσιμες χημικές μπαταρίες δεν ήταν ποτέ πιο κρίσιμη. Το ασβέστιο έχει ληφθεί υπόψη στις μπαταρίες. Αλλά το μεγαλύτερο μέγεθος και η υψηλότερη πυκνότητα φόρτισης των ιόντων του, σε σχέση με το λίθιο, έχουν θέσει προκλήσεις για την εισαγωγή τους σε υλικά ηλεκτροδίων.
Τώρα, ερευνητές από το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Rensselaer στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέφεραν πρόοδο στην αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος και στην απελευθέρωση των δυνατοτήτων των μπαταριών ιόντων ασβεστίου υψηλής απόδοσης.
«Το ιόν ασβεστίου είναι δισθενές. Και ως εκ τούτου μια εισαγωγή ιόντων θα δώσει δύο ηλεκτρόνια ανά ιόν κατά τη λειτουργία της μπαταρίας», δήλωσε ο Nikhil Koratkar, ο John A. Clark και ο Edward T. Crossan καθηγητής Μηχανικής στο Rensselaer. «Αυτό επιτρέπει μια μπαταρία ιόντων ασβεστίου υψηλής απόδοσης με μειωμένη μάζα και όγκο».
Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέγεθος και η υψηλότερη πυκνότητα φορτίου των ιόντων ασβεστίου σε σχέση με το λίθιο βλάπτει την κινητική της διάχυσης και την κυκλική σταθερότητα, πρόσθεσε. Η ομάδα έχει ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα αναπτύσσοντας δομές οξειδίου που περιέχουν μεγάλους ανοιχτούς χώρους (επταγωνικά και εξαγωνικά κανάλια). Στην εργασία τους, παρουσιάζεται μια μπαταρία ιόντων ασβεστίου χρησιμοποιώντας ορθορομβικά και τριγωνικά πολύμορφα οξειδίου του μολυβδαινίου βαναδίου (MoVO) για την φιλοξενία των ιόντων ασβεστίου.
Τα αποτελέσματα της έρευνας
Οι ερευνητές απέδειξαν ότι τα ιόντα ασβεστίου μπορούν να εισαχθούν και να εξαχθούν γρήγορα από το υλικό. Με αυτές τις οδούς να λειτουργούν ως «αγωγοί» για αναστρέψιμη και γρήγορη μεταφορά ιόντων. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το MoVO παρέχει μία από τις καλύτερες επιδόσεις που έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα για την αποθήκευση ιόντων ασβεστίου.
Συγκεκριμένα, για το MoVO, μια ειδική χωρητικότητα ~203 mAh g -1 ελήφθη στους 0,2 C και σε 100 φορές ταχύτερο ρυθμό 20 C, επιτεύχθηκε χωρητικότητα ~60 mAh g -1 . Τα τριγωνικά και ορθορομβικά πολύμορφα προώθησαν επίσης την κυκλική σταθερότητα και αναστρεψιμότητα. Αυτά τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .
«Οι μπαταρίες ιόντων ασβεστίου μπορεί μια μέρα, στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον, να αντικαταστήσουν την τεχνολογία ιόντων λιθίου ως τη χημεία μπαταριών που τροφοδοτεί την κοινωνία μας», λέει ο Koratkar. «Αυτή η εργασία μπορεί να οδηγήσει σε μια νέα κατηγορία μπαταριών υψηλής απόδοσης με βάση το ασβέστιο που χρησιμοποιούν άφθονα και ασφαλή υλικά στη γη και ως εκ τούτου είναι προσιτές και βιώσιμες. Τέτοιες μπαταρίες θα μπορούσαν να βρουν ευρεία χρήση σε φορητές και καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές, ηλεκτρικά οχήματα, καθώς και στην αποθήκευση του δικτύου και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας».
