Ασβέστιο αντί για λίθιο: μπαταρίες με υψηλή χωρητικότητα και ανθεκτικότητα

Τα στοιχεία σπανίων γαιών είναι ακριβά, κάτι που είναι απίθανο να αλλάξει σύντομα με την περαιτέρω εξάπλωση των smartphone, των ηλεκτρικών αυτοκινήτων και των εγχώριων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας. Το ασβέστιο και το οξυγόνο, ή σε συνδυασμό ως οξείδιο του ασβεστίου ή υπεροξείδιο του ασβεστίου, είναι από τα πιο κοινά στοιχεία όλων.

Μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε όλο τον πλανήτη. Το υπεροξείδιο του ασβεστίου βρίσκεται επίσης σε τσίχλες και οδοντόκρεμες, σε αρτοσκευάσματα και στο καουτσούκ. Επειδή το ελαφρύ μέταλλο ασβέστιο έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα και ισχυρότερο μοριακό δεσμό από το λίθιο, για παράδειγμα, δημιουργούνται προβλήματα υπό κανονικές συνθήκες που εμποδίζουν την πρακτική χρήση του.

Αν και τέτοιες μπαταρίες έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, μπορούν να επαναφορτιστούν μόνο μερικές φορές σε θερμοκρασία δωματίου και επομένως είναι ακατάλληλες για καθημερινή χρήση. Ερευνητές από την Κίνα κατάφεραν τώρα να εξαλείψουν αυτό το μειονέκτημα μιας μπαταρίας ασβεστίου-οξυγόνου και να επαναφορτίσουν ένα νέο σχέδιο 700 φορές.

Αντί για οξείδιο του ασβεστίου, που μπορεί να διασπαστεί μόνο με μεγάλη προσπάθεια, χρησιμοποιήθηκε υπεροξείδιο του ασβεστίου, το οποίο έχει σημαντικά ασθενέστερο δεσμό. Απαιτήθηκε επίσης ένας ειδικά προσαρμοσμένος ηλεκτρολύτης.

Το αποκορύφωμα, ωστόσο, είναι οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίοι καλύπτονται με ασβέστιο. Αυτός ο μικροσκοπικός σωλήνας βρίσκεται στον ηλεκτρολύτη και με τη σειρά του περιβάλλεται από έναν άλλο νανοσωλήνα, ο οποίος σχηματίζει την κάθοδο. Στο πείραμα, ήταν δυνατό να φορτιστεί ένα smartphone με αυτή την μπαταρία, η οποία για άλλη μια φορά υφάνθηκε σε ύφασμα που αναπνέει.

Ολόκληρο το σύστημα βρίσκεται ακόμα σε πειραματική φάση. Μία από τις επικρίσεις είναι ότι η φόρτιση είναι εξαιρετικά αναποτελεσματική. Η ισχύς που απαιτείται για τη φόρτιση είναι επομένως σημαντικά υψηλότερη από την τελικώς διαθέσιμη χωρητικότητα.

Και όμως κατέστη δυνατή η κατασκευή μιας ανθεκτικής μπαταρίας που αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ευρέως διαθέσιμα και φθηνά υλικά. Και είναι πολύ πιθανό με μερικές ακόμα δοκιμές να δούμε καλύτερα αποτελέσματα και πιο αποτελεσματική φόρτιση αυτού του τύπου μπαταρίας.