Nowy elektrolit może okazać się kluczem do opracowania akumulatorów wapniowych ładowanych w temperaturze pokojowej. Badania naukowe współfinansowane ze środków UE wyjaśniają, w jaki sposób.
Wygląda na to, że wapń jest dobry nie tylko dla naszych kości, ale może być dobry również dla naszej planety. Według naukowców mógłby on stać się kluczowym elementem w staraniach o zaspokojenie rosnącego globalnego zapotrzebowania na energię przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji. Jak? Poprzez wykorzystanie jego obiecujących właściwości do rozwoju wydajnych i opłacalnych technologii magazynowania energii.
Rynek pojazdów elektrycznych i magazynowania energii elektrycznej bardzo szybko się rozwija, co z kolei zwiększa zapotrzebowanie na niezawodne i energooszczędne akumulatory. Jednak dostępne obecnie akumulatory litowo-jonowe niekoniecznie są tak bezpieczne, opłacalne i zrównoważone, jak byśmy chcieli. Dlatego naukowcy szukają dla nich alternatyw. Jedną z nich jest akumulator oparty na metalach wielowartościowych, takich jak wapń. Akumulatory wapniowe mogą okazać się wysokoenergetycznym i niedrogim rozwiązaniem, którego szukamy. Na drodze do ich rozwoju leży jednak przeszkoda: brakuje praktycznych elektrolitów, które umożliwią skuteczne osadzanie się wapnia. Naukowcy pracujący w ramach współfinansowanego ze środków UE projektu E-MAGIC dokonali odkrycia, które może rozwiązać ten problem.
W swoim artykule naukowym opublikowanym w czasopiśmie „Energy & Environmental Science” ogłosili, że odkryli nowy elektrolit na bazie boranu – tetrakis(heksafluoroizopropyloksy)boran wapnia lub Ca[B(hfip)4]2 – który wykazuje odwracalne osadzanie się wapnia w temperaturze pokojowej, a także dużą stabilność oksydacyjną i jonową. To odkrycie może utorować drogę wysokoenergetycznym akumulatorom wapniowym, ładującym się w temperaturze pokojowej.
W swoim artykule naukowcy omawiają możliwość stworzenia elektrolitów wapniowych nowej klasy, opartych na związkach wapnia zawierających słabo koordynujące aniony. Według autorów „prosta metoda syntezy nowych soli wapiennych poprzez wprowadzenie fluorowanych anionów alkoksyboranów będzie służyć jako przydatne narzędzie w dalszej optymalizacji właściwości elektrolitów. Elektrolity Ca[B(hfip)4]2 wykazują pożądane właściwości elektrochemiczne pod względem wysokiej stabilności oksydacyjnej, wysokiej przewodności jonowej i odpowiedniej zdolności długoterminowego obiegu jonów wapnia”.
Rozwój technologii akumulatorów wykorzystujących metale wielowartościowe, takie jak wapń, może skutkować zwiększeniem gęstości energetycznej przy jednoczesnym obniżeniu kosztów. W porównaniu do akumulatorów wykorzystujących metale jednowartościowe (litowo-jonowych czy sodowo-jonowych), wielowartościowe jony mogą podwoić, a nawet potroić pojemność akumulatorów. Ponadto, w przeciwieństwie do litu lub sodu, anody z metali wielowartościowych mogą potencjalnie znacznie zwiększyć gęstość energetyczną akumulatorów.
Powyższe właściwości to nie jedyny powód, dla którego akumulatory wapniowe mogą stać się atrakcyjną alternatywą w technologiach, które zastąpią akumulatory litowo-jonowe. Rosnące obawy wynikające z szybkiego rozrostu rynku akumulatorów dotyczą średnio- i długoterminowej dostępności niektórych surowców, takich jak kobalt, nikiel i lit, stosowanych w komercyjnych akumulatorach litowo-jonowych. Wapń jest natomiast piątym co do zawartości pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Co więcej, cechuje go równomierne rozmieszczenie geograficzne, jest także bezpieczny i nietoksyczny.
Oprócz wapnia naukowcy badają również magnez, inny obiecujący metal wielowartościowy, oraz możliwości wykorzystania go w opracowaniu lepszych akumulatorów. Metal ten jest przedmiotem zainteresowania naukowców pracujących w ramach projektu E-MAGIC (European Magnesium Interactive Battery Community), którego celem jest opracowanie innowacyjnego podejścia do akumulatorów magnezowych nowej generacji, które miałyby wysoką gęstość energetyczną i byłyby przyjazne dla środowiska. Projekt ma również na celu wzmocnienie społeczności zajmującej się akumulatorami magnezowymi, która nawiąże aktywne relacje naukowe z resztą świata.
Więcej informacji:
poleca:
