Які переваги кальцієвих акумуляторів?
Дослідники досягли важливого рубежу у створенні кальцієвих акумуляторів. Ця технологія здатна усунути головні недоліки літій-іонних елементів живлення. Команда вчених створила квазітвердий електроліт, який значно знижує знос інноваційних батарей. Про перспективи впровадження кальцієво-іонних акумуляторів у мобільні пристрої пише PhoneArena.
Чому літій-іонні акумулятори мають недоліки?
Літій-іонні АКБ використовуються десятиліттями. Їхній головний мінус полягає у високій реакційній здатності літію. При пошкодженні корпусу батарея запалюється або вибухає. Технологія вимагає підтримки суворого температурного режиму і вузького діапазону напруг. Теоретична межа щільності енергії літію практично досягнута. Видобуток цього рідкісного металу викликає геополітичні труднощі. Втім, додавання кремнію в структуру анода допомогло поліпшити властивості традиційних акумуляторів.
Кальцій є п’ятим за поширеністю мінералом у земній корі. Цей метал має високу електропровідність. Температура плавлення становить 842 градуси, що робить елементи фізично безпечними. Кальцій не токсичний для навколишнього середовища. Теоретична межа щільності енергії кальцієво-іонної батареї досягає 3202 Вт-год/л, тоді як межа найкращих сучасних кремній-вуглецевих елементів зафіксована на рівні 2800 Вт-год/л.
Які результати досліджень нових акумуляторів?
Раніше кальцієві електроліти швидко розчиняли електроди при циклах заряду і розряду, що призводило до стрімкої деградації ємності батареї. Група вчених Гонконзького університету науки і технологій під керівництвом професора Юнсоба Кіма вирішила цю проблему, розробивши квазітвердий кальцієвий електроліт. Структура покращує перенесення іонів і мінімізує знос механізму.
Новий пристрій зберіг 74% початкової ємності після 1000 робочих циклів. При слабкому струмі щільність енергії акумулятора становить 280-320 Вт-год/л (питома ємність 155,9 мА-год/г). Підвищення напруги до 3,6 В дає змогу збільшити щільність енергії до 1800 Вт-год/л.
Коли очікувати появу кальцієвих акумуляторів на ринку?
Впровадження технології в смартфони затримується через низку фізичних обмежень. Іони кальцію більші за іони літію, що сповільнює транспортування частинок і подовжує час зарядки батарей. Для масового виробництва потрібне створення нової інфраструктури: від гірничодобувних підприємств до складальних ліній.
За оцінками аналітиків, комерційна реалізація почнеться через 5-10 років. Китайські дослідники вже проводять тести кальцієво-кисневих батарей у смартфонах і розумних годинниках. До виходу цих рішень найбільш ефективними на ринку залишаються кремній-вуглецеві акумулятори.
