Japonya'nın Tohoku Üniversitesi'nde, pratik kullanım için ölçüt olan 500 tekrarlı şarj-deşarj döngüsüne sahip prototip kalsiyum metal şarj edilebilir batarya geliştirildi
Advanced Science dergisinde yayınlanan makalede bilim adamları, yer kabuğunda en çok var olan beşinci element olan kalsiyumun yaygın olarak bulunabildiğini ve ucuz olduğunu ve lityum-iyon bataryaların (LIB’lerin) mevcut bileşenlerinden daha yüksek enerji yoğunluğu sağlama potansiyeline sahip olduğunu açıklamaktalar. Özelliklerinin ayrıca elektrolitlerde ve katot malzemelerinde iyon taşınmasını ve difüzyonunu hızlandırmaya yardımcı olduğu ve magnezyum ve çinko gibi diğer LIB alternatiflerine kıyasla avantaj sağladığı düşünülmektedir.
Ancak Tohoku ekibine göre, Ca metal bataryaların ticari uygulanabilirliğinin önünde pek çok engel mevcuttur. Etkili elektrolitin bulunmayışının ve yeterli Ca2+ depolama kapasitesine sahip katot malzemelerinin mevcut olmamasının başlıca engeller olduğu kanıtlanmıştır.
2021'de, mevcut araştırma grubunun bazı üyeleri, hidrojen (monokarboran) kümesine dayalı, fluor içermeyen yeni kalsiyum elektroliti fark ettiklerinde soruna bir çözüm sağlanmış oldu. Elektrolit, yüksek iletkenlik ve yüksek elektrokimyasal kararlılık gibi iyileşmiş elektrokimyasal performanslar gösterdi.
Makalenin ortak yazarı Kazuaki Kisu medya açıklamasında, "Mevcut araştırmamız için, Ca metal bataryanın bakır sülfit (CuS) nanopartikül/karbon kompozit katot ve hidrit bazlı elektrolit ile uzun süreli çalışmasını test ettik" demiştir.
Kisu, aynı zamanda doğal mineral olan CuS'nin uygun elektrokimyasal özelliklere sahip olduğunu açıkladı. Katmanlı yapısı, lityum, sodyum ve magnezyum dahil olmak üzere çeşitli katyonları depolamasını sağlar. 560 mAh g-1'lik büyük teorik kapasiteye sahiptir. Bu kapasite, lityum-iyon bataryalar için mevcut katot malzemelerinden iki - üç kat daha yüksektir.
Nano parçacıklama ve karbon malzemelerle birleştirme yoluyla, kendisi ve meslektaşları, büyük miktarlarda kalsiyum iyonlarını depolayabilen katot yaratmayı başarmışlardır. Hidrit tipi elektrolit ile kullanıldıklarında, yüksek ölçüde stabil döngü performansına sahip batarya üretmektedirler.
Prototip batarya, 10. döngünün kapasitesine bağlı olarak 500 adet şarj/deşarj döngüsünde %92 kapasite korumayı sürdürmüştür.
Grup, bu sonuçlara dayanarak, buluşlarının Ca bazlı bataryalar için katot malzemelerine yönelik araştırmaları ilerletmeye yardımcı olacağından emin görünmekte….
Kisu, "Çalışmamız, Ca metal anotların uzun süreli operasyonlar için uygulanabilirliğini doğrulamakta ve sonuçların Ca metal bataryaların gelişimini hızlandıracağını umuyoruz" demiştir.
