Γερμανικό έργο εξετάζει τις μπαταρίες ασβεστίου-θείου

Στη Γερμανία, ένα έργο που ονομάζεται CaSino στοχεύει να προσδιορίσει τις δυνατότητες των μπαταριών ασβεστίου-θείου ως εναλλακτική λύση στις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το έργο χρηματοδοτείται από τη Γερμανική Ομοσπονδιακή Κυβέρνηση με 3 εκατομμύρια ευρώ και ξεκίνησε τον Σεπτέμβριο του 2022.

Το έργο έχει πλέον ως στόχο να σημειώσει σημαντική πρόοδο όσον αφορά τη σταθερότητα του κύκλου και την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ασβεστίου-θείου (Ca-S) μέσω της ανάπτυξης καινοτόμων υλικών. Πέντε ερευνητικά ιδρύματα, δύο βιομηχανικές εταιρείες και ένα βιομηχανικό συμβουλευτικό συμβούλιο συμμετέχουν στο τριετές έργο που συντονίζει το Ινστιτούτο Τεχνικής Θερμοδυναμικής του Γερμανικού Αεροδιαστημικού Κέντρου (DLR) στη Στουτγάρδη.

Ενώ το DLR αναφέρει ότι η μπαταρία Ca-S έχει πολλά πλεονεκτήματα, αυτή η χημεία κυττάρων παρουσιάζει επίσης προκλήσεις στους ερευνητές. Εάν πρόκειται να γίνει εναλλακτική για τις μπαταρίες λιθίου, οποιαδήποτε χημεία μπαταριών πρέπει να πληροί υψηλές απαιτήσεις. Το λίθιο συνδυάζει υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης ρεύματος και τάση κυψέλης με γρήγορη μετανάστευση ιόντων, η οποία επιτρέπει συμπαγείς μπαταρίες και γρήγορη φόρτιση και εκφόρτιση. Σύμφωνα με την DLR, το λίθιο αντιπροσωπεύει «από πολλές απόψεις το τέλειο στοιχείο για ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο». Τα μειονεκτήματα, από την άλλη πλευρά, είναι επίσης γνωστά: Ο κίνδυνος πυρκαγιάς σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, περιορισμένα κοιτάσματα λιθίου που δεν είναι διαθέσιμα σε όλες τις ηπείρους με αμφιλεγόμενη εξόρυξη και δαπανηρές διαδικασίες ανακύκλωσης.

Το ασβέστιο, από την άλλη πλευρά, είναι 400 φορές πιο άφθονο από το λίθιο, γεγονός που το καθιστά λιγότερο ακριβό και βρίσκεται στις περισσότερες περιοχές του κόσμου. Όπως το λίθιο, το ασβέστιο έχει υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης και υψηλή τάση κυψέλης. Η χημεία του ασβεστίου είναι επίσης ασφαλέστερη όσον αφορά τα βραχυκυκλώματα, καθώς δεν σχηματίζει τυπικούς δενδρίτες κατά τη λειτουργία (αυτό είναι που κάνει τις μπαταρίες λιθίου δυνητικά εύφλεκτες).

Τούτου λεχθέντος, το ασβέστιο ως υλικό μπαταρίας δεν είναι ακόμα χωρίς τα δικά του μειονεκτήματα. Το ασβέστιο είναι πολύ αντιδραστικό και επομένως τείνει να σχηματίζει επιφανειακά στρώματα, είτε έρχεται σε επαφή με τον αέρα ή την υγρασία ή ακόμα και με τον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται στην μπαταρία. Εάν η επιφάνεια του ασβεστίου οξειδωθεί, εμποδίζει τη διάχυση ιόντων και έτσι εμποδίζει την αποτελεσματική φόρτιση και εκφόρτιση.

Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο η ανάπτυξη ενός συμβατού ηλεκτρολύτη αναλαμβάνει μια βασική λειτουργία στο έργο CaSino. Το επιπλέον πρόβλημα που πρέπει να ξεπεραστεί, σύμφωνα με το DLR, είναι η χρήση μιας καθόδου θείου, η οποία παράγει διαλυτά πολυσουλφίδια που μπορούν επίσης να μπλοκάρουν την άνοδο Ca. Αυτό είναι ένα άλλο αποτέλεσμα που πρέπει να αποφευχθεί.

Παράλληλα με το DLR, ως ερευνητικά ιδρύματα συμμετέχουν το KIT, το Ερευνητικό Ινστιτούτο για Πολύτιμα Μέταλλα + Χημεία Μετάλλων (fem) στο Schwäbisch Gmünd, το Ινστιτούτο Φυσικών και Ιατρικών Επιστημών (NMI) και το Ινστιτούτο Ηλεκτροχημείας στο Πανεπιστήμιο του Ουλμ. Οι βιομηχανικοί εταίροι του έργου είναι η IoLiTec Ionic Liquid Technologies GmbH, η οποία έχει την έδρα της στο Heilbronn και ειδικεύεται στα ιοντικά υγρά. μαζί με την EurA AG, η οποία είναι μια συμβουλευτική εταιρεία τεχνολογίας, καινοτομίας και βιωσιμότητας που δραστηριοποιείται σε όλη την Ευρώπη.

dlr.de