🔋 1000 Ladezyklen und immer noch in Ordnung: ein Durchbruch bei Calcium-Ionen-Batterien

Die Batterien von morgen könnten mit einem wesentlich häufigeren Element als Lithium funktionieren. Forscher haben einen wichtigen Schritt getan, indem sie eine Calcium-Ionen-Batterie entwickelt haben, die nach tausend Zyklen noch über 74 % ihrer Kapazität behält. Diese Leistung lässt robuste und langlebige Energiespeichersysteme erahnen.

Der Erfolg dieses Prototyps beruht auf der Verwendung quasi-fester Elektrolyte, die aus redoxaktiven kovalenten organischen Netzwerken hergestellt werden. Diese Materialien kombinieren eine hohe Ionenleitfähigkeit mit einem effizienten Transport von Calcium-Ionen bei Raumtemperatur. Ihre geordneten Poren begünstigen die Ionenbeweglichkeit, was zur Stabilität des gesamten Systems beiträgt.


Calcium hat mehrere Vorteile, um Lithium zu ersetzen. Es ist auf der Erde häufiger vorhanden und arbeitet in einem vergleichbaren elektrochemischen Fenster, was es zu einem interessanten Kandidaten macht. Dennoch konnten frühere Versionen von Calcium-Ionen-Batterien einen ungehinderten Ionenfluss und eine langfristige Haltbarkeit nicht sicherstellen.

Dem Team der Hong Kong University of Science and Technology unter der Leitung von Professor Yoonseob Kim ist es gelungen, diese Hindernisse zu umgehen. Ihre quasi-festen Elektrolyte, reich an Carbonylgruppen, bilden einen strukturierten Weg für die Calcium-Ionen. Diese Methode beschleunigt deren Transport und begrenzt die Abnutzung bei wiederholten Zyklen.

In der Praxis erreicht die entwickelte Batterie eine reversible spezifische Kapazität von 155,9 mAh g⁻¹ bei geringer Stromstärke und behält akzeptable Leistungen auch bei höheren Intensitäten bei. Diese Eigenschaften machen sie zu einer ernsthaften Alternative zu aktuellen Lithium-Ionen-Batterien, mit möglichen Anwendungen in Elektrofahrzeugen und der Speicherung erneuerbarer Energien.

Diese Arbeit, veröffentlicht in Advanced Science, wurde in Zusammenarbeit mit der Shanghai Jiao Tong University durchgeführt. Professor Kim ist der Ansicht, dass diese Technologie zu einer nachhaltigeren Energiezukunft beitragen kann, indem sie effiziente und weniger umweltbelastende Speicherlösungen anbietet.