Kalsiumioniakkujen teknologiaa vihreälle siirtymälle

Hongkongin tiede- ja teknologiayliopiston (HKUST) tutkijat ovat saavuttaneet läpimurron kalsiumioniakkujen (CIB) teknologiassa, joka voi mullistaa energian varastointiratkaisuja arkielämässä.

Nämä innovatiiviset, lähes kiinteän olomuodon elektrolyyttejä (QSSE) hyödyntävät CIB-akut lupaavat parantaa energian varastoinnin tehokkuutta ja kestävyyttä, mikä vaikuttaa laajaan valikoimaan sovelluksia uusiutuvan energian järjestelmistä sähköajoneuvoihin.

Kestävien energian varastointiratkaisujen kiireellisyys kasvaa maailmanlaajuisesti. Maailman siirtyessä vihreään energiaan kiihtyy, tehokkaiden ja vakaiden akkujärjestelmien kysyntä on kiireellisempää kuin koskaan. Nykypäivän valtavirran litiumioniakut (LIB) kohtaavat haasteita resurssien niukkuuden ja lähes rajallisen energiatiheyden vuoksi, minkä vuoksi vaihtoehtojen, kuten CIB-akkujen, tutkiminen on välttämätöntä kestävän tulevaisuuden kannalta.

CIB-yhdisteet ovat lupaavia, koska niiden sähkökemiallinen ikkuna on verrattavissa LIB-yhdisteiden ikkunaan ja sen materiaaleja on runsaasti Maassa. Näillä on kuitenkin vaikeuksia, erityisesti tehokkaan kationien kuljetuksen saavuttamisessa ja vakaan kiertotoiminnan ylläpitämisessä. Nämä esteet rajoittavat tällä hetkellä CIB-yhdisteiden kilpailukykyä kaupallisesti saatavilla oleviin LIB-yhdisteisiin verrattuna.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi HKUST:n kemian ja biotekniikan laitoksen apulaisprofessorin, professori Yoonseob Kim:n johtama tutkimusryhmä on kehittänyt redox-kovalenttisia orgaanisia runkoja QSSE-rakenteiksi. Nämä karbonyylipitoiset QSSE-rakenteet osoittivat huomattavaa ionijohtavuutta (0,46 mS cm –1 ) ja Ca2 + -kuljetuskykyä (>0,53) huoneenlämmössä. Yhdistämällä kokeellisia ja simulaatiotutkimuksia ryhmä paljasti, että Ca2+ kulkeutuu nopeasti järjestäytyneiden karbonyyliryhmien pitkin järjestäytyneiden COF-huokosten sisällä.

Tämä innovatiivinen lähestymistapa johti täyden kalsiumionikennon luomiseen, jonka palautuva ominaiskapasiteetti oli 155,9 mAh g⁻¹ virranvoimakkuudella 0,15 A g⁻¹ ja jonka kapasiteetin säilyvyys oli yli 74,6 % virranvoimakkuudella 1 A g⁻¹ 1 000 syklin jälkeen. Tämä osoittaa redox-COF-yhdisteiden potentiaalin CIB-teknologian edistämisessä.

Professori Kim toteaa: "Tutkimuksemme korostaa kalsiumioniakkujen transformatiivista potentiaalia kestävänä vaihtoehtona litiumioniteknologialle. Hyödyntämällä redox-kovalenttisten orgaanisten kehysten ainutlaatuisia ominaisuuksia olemme ottaneet merkittävän askeleen kohti tehokkaita energian varastointiratkaisuja, jotka voivat vastata vihreämmän tulevaisuuden vaatimuksiin."

Aiheesta aiemmin:

Aerogeeleillä kestävän kehityksen akkuja

Uudet materiaalit kestäville ja edullisille akuille

Kohti litiumin jälkeisiä akkuja