Электромобили рискуют сменить фаворита: батарея на кальции выдержала то, что раньше не удавалось

Новая разработка в сфере накопителей энергии может изменить расстановку сил на рынке аккумуляторов. Учёные представили кальций-ионную батарею, способную выдерживать до 1000 циклов зарядки без заметной потери эффективности. Технология рассматривается как реальная альтернатива привычным литий-ионным решениям. Об этом сообщает Advanced Science.

Почему ищут замену литию

Переход к возобновляемым источникам энергии и рост популярности электромобилей усилили спрос на надёжные и ёмкие аккумуляторы. Сегодня именно литий-ионные батареи питают большинство устройств — от смартфонов до электрокаров и крупных систем хранения. Однако у этой технологии есть объективные ограничения.

Литий остаётся сравнительно редким и дорогим ресурсом, а его добыча связана с серьёзной нагрузкой на окружающую среду. По мере масштабирования зелёной энергетики всё чаще обсуждается необходимость перехода на более доступные элементы, что напрямую связано с развитием возобновляемой энергетики. Кроме того, срок службы традиционных аккумуляторов ограничен: со временем они теряют ёмкость, что увеличивает расходы на обслуживание и утилизацию.

Именно поэтому исследователи по всему миру работают над альтернативными химическими системами. Одним из перспективных направлений стали кальций-ионные батареи. Кальций значительно более распространён в земной коре, что делает его потенциально более дешёвым и экологичным материалом. Теоретически такие аккумуляторы способны работать в сопоставимом диапазоне напряжений, а значит, могут быть интегрированы в существующую инфраструктуру без кардинальной перестройки техники.

Технологический прорыв исследователей

Команда учёных из Гонконгского университета науки и технологии совместно с коллегами из Шанхайского университета Цзяо Тун предложила усовершенствованную конструкцию кальций-ионного аккумулятора. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

Главная проблема прежних разработок заключалась в медленном перемещении ионов кальция и нестабильной работе при многократной зарядке. Это ограничивало срок службы и эффективность устройств. Чтобы преодолеть барьер, специалисты создали квазитвердотельный электролит на основе органических каркасов с карбонильными группами.

Такая структура формирует упорядоченные каналы, по которым ионы свободно движутся между электродами. Улучшенная проводимость обеспечивает стабильную работу при комнатной температуре и повышает энергетическую отдачу. Похожие подходы по оптимизации ионного транспорта ранее обсуждались и в контексте натрий-ионных батарей, где также искали более доступную замену литиевым системам. В обоих случаях ключевой задачей остаётся создание устойчивой внутренней архитектуры материала, способной обеспечить быстрый и обратимый перенос заряда.

Результаты испытаний и перспективы

Испытания показали, что новая батарея сохраняет высокую энергоёмкость и демонстрирует стабильную работу на протяжении 1000 циклов зарядки и разрядки. Даже после интенсивного использования устройство удерживает большую часть первоначальной ёмкости, что указывает на серьёзный прогресс по сравнению с ранними прототипами.

Дополнительным преимуществом кальция является его высокая распространённость и доступность. Это потенциально снижает стоимость производства и уменьшает зависимость от ограниченных запасов лития, добыча которого сосредоточена в нескольких регионах мира. В долгосрочной перспективе подобные решения могут сыграть важную роль в развитии электротранспорта, домашних систем накопления энергии и инфраструктуры для хранения избыточной генерации от солнца и ветра.

Пока технология требует дальнейших исследований, масштабирования и проверки в условиях промышленного производства. Тем не менее достигнутый показатель в 1000 циклов демонстрирует, что кальций-ионные системы выходят за рамки лабораторных экспериментов. Если последующие испытания подтвердят их надёжность и экономическую эффективность, рынок накопителей энергии может получить более устойчивую и экологичную альтернативу.