Les batteries à base de calcium promettent d'atteindre une densité énergétique élevée à de faibles coûts de fabrication. Cette technologie à l'échelle du laboratoire a le potentiel de remplacer la technologie lithium-ion dans les futurs systèmes de stockage d'énergie. En utilisant les électrolytes disponibles, cependant, il a été impossible jusqu'à présent de charger des batteries au calcium à température ambiante. Dans le Sciences de l'énergie et de l'environnement journal, des chercheurs du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) présentent désormais une classe d'électrolytes prometteuse, avec lequel cela sera possible.

Efficace, grand, et des systèmes de stockage d'énergie à faible coût faciliteront la transition à l'échelle nationale vers une mobilité et une alimentation électrique à zéro émission. La technologie lithium-ion prédominante d'aujourd'hui, cependant, ne peut pas remplir cette tâche à l'échelle mondiale, déclare le professeur Maximilian Fichtner du KIT, Directeur de la plateforme de recherche CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe). Ici, les batteries au calcium et d'autres technologies de stockage sont étudiées. « A moyen terme, les batteries lithium-ion atteindront leurs limites en termes de performances et de certaines ressources utilisées pour leur fabrication. Cela empêchera leur utilisation future là où cela serait raisonnable pour la transition énergétique. Disponibilité des ressources nécessaires à la fabrication, comme le cobalt, nickel, et lithium, est limitée." Au Helmholtz Institute Ulm (HIU) établi par KIT en coopération avec l'Université d'Ulm, Fichtner et son équipe se concentrent plutôt sur les technologies de batterie alternatives. Ces technologies reposent sur des ressources plus abondantes. Le calcium est un candidat prometteur, parce qu'il peut libérer et accepter deux électrons par atome contrairement au lithium et parce qu'il fournit une tension similaire à celle du lithium :« Le calcium est le cinquième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Il est réparti de manière homogène sur Terre et il est sans danger, non toxique, et pas cher."

Rechercher un électrolyte approprié

Toujours, il y a eu jusqu'à présent un gros obstacle au développement des batteries au calcium :contrairement à la technologie lithium-ion établie ou aux technologies plus récentes au sodium ou au magnésium, les électrolytes utilisables pour produire des batteries rechargeables au calcium ont fait défaut jusqu'à présent. « Depuis quelques années, électrolytes expérimentaux et, Par conséquent, des prototypes de la batterie au calcium sont disponibles, " dit le Dr Zhenyou Li, premier auteur de l'étude, et le Dr Zhirong Zhao-Karger, qui dirige le projet. Tous deux travaillent dans le pôle d'excellence POLiS (Post Lithium Storage) de KIT intégré à CELEST. "Mais ces électrolytes ne permettent de charger qu'à des températures supérieures à 75 degrés Celsius et, en outre, ils sont sensibles aux réactions secondaires indésirables."

Les chercheurs ont maintenant réussi à synthétiser une classe de nouveaux électrolytes à base de sels de calcium organiques spéciaux. Ces électrolytes permettent une charge à température ambiante. En utilisant le nouvel électrolyte de calcium tétrakis[hexafluoroisopropyloxy]borate, les chercheurs ont démontré la faisabilité de batteries au calcium à haute densité énergétique, capacité de stockage, et capacité de charge rapide. Leurs résultats sont publiés dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement .

Les batteries au calcium en tant que systèmes de stockage d'énergie durables

La nouvelle classe d'électrolytes est une base importante pour le transfert des batteries au calcium du laboratoire à l'application. Dans les véhicules électriques, appareils électroniques mobiles, et systèmes de stockage fixes, ils pourraient remplacer un jour la batterie lithium-ion prédominante. Mais cela peut prendre du temps :« Les nouveaux électrolytes sont un premier pas important, " Fichtner souligne. " Il y a encore un long chemin à parcourir pour arriver à une batterie au calcium mature. "