Разработан аккумулятор на основе кальция, способный выдержать рекордные 500 циклов перезарядки

Лид-абзац Японские исследователи из Университета Тохоку представили прототип металло-кальциевой батареи, способный выдержать 500 циклов заряд-разряд с сохранением 92% первоначальной ёмкости. Эта разработка может стать поворотным моментом для всей отрасли накопления энергии, поскольку она демонстрирует реальную альтернативу литийионным батареям, страдающим от дефицита сырья и экологических рисков.

Прорыв в стабильности: почему 500 циклов — это рубеж

До недавнего времени главной проблемой кальциевых аккумуляторов была их недолговечность. Большинство прототипов деградировали уже после нескольких десятков циклов. Показатель в 500 циклов, которого добилась группа под руководством доцента Казуаки Кису, считается отраслевым эталоном для коммерческого использования. Это доказывает, что кальциевые батареи могут быть не просто лабораторным курьезом, а реальной технологией для электромобилей и сетевых хранилищ.

Секрет успеха: гибридный катод из сульфида меди

Ключевым элементом разработки стал катод на основе наночастиц сульфида меди (CuS) и углеродного композита. Природный минерал CuS обладает слоистой структурой, которая идеально подходит для интеркаляции (внедрения) ионов кальция. Теоретическая ёмкость этого материала достигает 560 мА·ч на грамм, что в два-три раза превосходит показатели стандартных катодов для литийионных батарей. «Благодаря наночастицам и композиту с углеродными материалами нам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция», — пояснил Казуаки Кису, представляющий Институт исследования материалов (IMR) Университета Тохоку. Использование бесфторного электролита на основе гидрида (монокарборана), разработанного той же группой ещё в 2021 году, обеспечило высокую проводимость и стабильность системы.

Кальций против лития: гонка за дешёвую энергию

Кальций — пятый по распространённости элемент в земной коре. Он значительно дешевле и доступнее лития, добыча которого сосредоточена в нескольких странах и сопряжена с экологическими проблемами. При этом кальций теоретически обеспечивает более высокую плотность энергии и ускоряет перенос ионов в электролите, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами, такими как магний или цинк. Долгое время главным препятствием оставалось отсутствие подходящих электролитов и катодов. Решение проблемы электролита было найдено два года назад, а нынешняя работа закрыла вопрос катодного материала. Теперь команда Кису намерена масштабировать технологию и улучшить показатели цикличности. За последние пять лет объём инвестиций в разработку пост-литиевых аккумуляторов вырос в несколько раз. Крупнейшие автопроизводители и энергетические компании активно ищут замену литию из-за волатильности цен и геополитических рисков. Кальциевые батареи рассматриваются как один из самых перспективных кандидатов, и достижение японских учёных может существенно ускорить перевод этой технологии из лабораторий в промышленность. Если дальнейшие испытания подтвердят стабильность работы при увеличении числа циклов до 1000 и более, коммерческое внедрение кальциевых аккумуляторов может начаться уже через 5–7 лет, что кардинально изменит рынок электромобилей и систем хранения возобновляемой энергии.