Forskere ved Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) melder om et gjennombrudd i kalsium‑ion‑batterier. En ny kvasi‑faststoff‑elektrolytt gir høy ytelse, med 155,9 mAh g-1 kapasitet og over 74,6 % beholdt kapasitet etter 1000 sykluser. Funnene kan utfordre litiums dominans og peker mot sikrere, mer bærekraftig energilagring.

Hvorfor kalsium nå kan utfordre litium

Kalsium er langt mer utbredt i naturen enn litium og tilbyr et elektrokjemisk vindu som kan måle seg med litium‑ion‑batterier. Likevel har tekniske barrierer holdt teknologien tilbake: dårlig iontransport og begrenset stabilitet over mange lade‑ og utladingssykluser.

Forskerne ved HKUST hevder nå å ha angrepet nettopp disse flaskehalsene.

Nøkkelteknologien: redoksaktive COF‑elektrolytter

Løsningen er en ny type kvasi‑faststoff‑elektrolytt basert på redoksaktive kovalente organiske rammeverk (COF). De karbonylrike materialene i elektrolytten danner en organisert intern «vei» for kalsiumionene.

Både laboratorieforsøk og datasimuleringer viser at Ca2+ beveger seg raskt langs justerte karbonylgrupper inne i de strukturerte porene i COF‑ene. Denne organiserte transporten forklarer bedre ionmobilitet og samlet ytelsesløft.

Resultatene: fra lab til komplett celle

Teamet, ledet av professor Yoonseob Kim ved Institutt for kjemisk og biologisk ingeniørvitenskap ved HKUST, har satt sammen en komplett kalsium‑ion‑batterienhet. Den leverte både høy spesifikk kapasitet og robust syklingsstabilitet.

«Vår forskning belyser det transformative potensialet til kalsium-ion-batterier som et bærekraftig alternativ til litium-ion-teknologi. Ved å utnytte de unike egenskapene til redoksaktive kovalente organiske rammeverk, har vi tatt et betydelig skritt mot å realisere høyytelsesløsninger for energilagring som kan møte kravene til en grønnere fremtid.»

Hva står på spill

Etterspørselen etter pålitelig og effektiv batterilagring øker i takt med utbyggingen av fornybar energi. Litium‑ion‑batterier dominerer i dag, men begrensede litiumressurser og praktiske grenser for energitetthet har intensivert jakten på alternativer.

• Den nye teknologien kan støtte alt fra lagringssystemer for fornybar energi til elektriske kjøretøy.
• Med kalsium som er rikelig og relativt billig sammenlignet med litium, kan teknologien gjøre energilagring mer tilgjengelig og bærekraftig globalt.
• Det gjenstår arbeid før kommersialisering, men resultatene viser at kalsium‑ion nå kan vurderes som et seriøst alternativ.

Publisering og samarbeid

Forskningsartikkelen er publisert i Advanced Science (Wiley) med tittelen: «High-Performance Quasi-Solid-State Calcium-Ion Batteries from Redox-Active Covalent Organic Framework Electrolytes». Arbeidet er gjennomført i samarbeid mellom HKUST og Shanghai Jiao Tong University.

Kilder: ScienceDaily, Advanced Science (Wiley), Mirage News, Hong Kong University of Science and Technology

Hovedpoenget: Ved å løse kalsiumbatterienes akilleshæl – iontransport og stabilitet – viser HKUST‑teamet at kalsium kan bli et reelt alternativ til litium i fremtidens energilagring. Neste steg blir å modne teknologien mot praktisk bruk og skalering.