Кальций стремится сменить литий: эта новая батарея уже выдерживает более 1000 циклов зарядки-разрядки

За последние годы натриевые аккумуляторы начали привлекать внимание как один из самых перспективных вариантов для снижения зависимости от литиевых аккумуляторов. Но они не единственные. Кальций также проявляет себя как потенциальная замена для хранения энергии, и недавняя работа исследователей из Университета науки и технологий Гонконга и Шанхайского университета Цзяотун принесла особенно интересный прорыв.

Основной проблемой кальциевых аккумуляторов до сих пор было обеспечение достаточно легкого перемещения ионов кальция внутри аккумулятора. К этому добавлялась ещё одна серьезная сложность — поддержание стабильных характеристик после множества циклов зарядки и разрядки. Новое исследование направлено именно на решение этих двух проблем путем разработки нового квазитвердого электролита.

Ключ к решению заключается в материалах, известных как координационные органические структуры с окислительно-восстановительной активностью, которые имеют пористую структуру и богаты карбонильными группами. Проще говоря, исследователи создали своего рода внутреннюю сеть, которая облегчает перемещение ионов кальция внутри аккумулятора. Именно это перемещение до сих пор серьезно ограничивало развитие этой технологии.

Результаты, полученные в лабораторных условиях, действительно впечатляющи. Полная ячейка, разработанная командой, достигла обратимой удельной емкости 155,9 мА·ч/г, при этом сохранила более 74,6% своей емкости после 1 000 циклов зарядки и разрядки при высоком токе. Для технологии, находящейся все еще на стадии исследований, это значительный результат.

Эта работа была совместно выполнена исследователями Университета науки и технологий Гонконга и Шанхайского университета Цзяотун и опубликована в научном журнале Advanced Science. Исследование было впервые опубликовано в ноябре 2025 года, а затем включено в выпуск журнала за 2026 год.

Кальций стремится стать реальной альтернативой аккумуляторам

Интерес к кальцию не является случайным. Это элемент, очень обильно встречающийся на Земле и гораздо более доступный, чем литий, что открывает возможность для создания систем хранения с использованием сырья, потенциально легче доступного для получения. Согласно информации, опубликованной самим университетом, содержание кальция в Земле значительно превышает содержание лития, что является одним из аргументов, объясняющих растущий интерес к этой технологии.

Кроме того, кальциевые аккумуляторы обладают определенными электрохимическими свойствами, которые делают их особенно привлекательными для хранения энергии. Проблема заключается в том, что одно дело — иметь обильный материал, и совсем другое — создать аккумулятор, способный конкурировать с современными литиевыми аккумуляторами по характеристикам, долговечности и стоимости.

Именно здесь на сцену выходит новый электролит, разработанный исследователями. Используемые структуры формируют внутренние каналы, которые позволяют гораздо более эффективно транспортировать ионы кальция. В ходе испытаний при комнатной температуре была достигнута ионная проводимость 0,46 мС/см, а коэффициент переноса кальция — 0,532.

Самое важное заключается в том, что достижения не ограничиваются одним изолированным тестом материалов. Команда сумела собрать полную батарею на основе кальция и проверить её работу в течение сотен циклов. Сохранение более 74,6% емкости после 1 000 циклов является шагом вперед по сравнению с некоторыми основными проблемами, которые до сих пор тормозили развитие этой технологии.

Это ни в коем случае не означает, что мы скоро увидим электромобили с кальциевыми аккумуляторами. До того, как эти лабораторные результаты смогут быть применены в коммерческих аккумуляторах, предстоит пройти ещё множество этапов, особенно в таких аспектах, как энергоемкость, мощность, работа при разных температурах, массовое производство, стоимость и долговечность в реальных условиях.

Однако результаты действительно показывают, что кальциевые аккумуляторы начинают преодолевать некоторые из основных препятствий, с которыми они сталкивались. И это может быть особенно интересно в тех областях, где большое значение имеют стоимость и доступность сырья, от накопления энергии, связанного с возобновляемыми источниками, до потенциальных электромобилей в будущем.

На самом деле собственно Университет науки и технологий Гонконга сосредотачивается на применениях, начиная от систем хранения возобновляемой энергии и заканчивая электромобилями. Цель не в том, чтобы завтра заменить литиевые аккумуляторы, а в том, чтобы показать, что существуют альтернативные решения, способные обеспечить достаточно высокую эффективность для оправдания дальнейших исследований.

И здесь, вероятно, находится самая интересная часть. Гонка за будущий аккумулятор не ограничивается одной технологией. Натрий, кальций, аккумуляторы с твердым электролитом и другие решения развиваются параллельно. Некоторые из них в конечном итоге сыграют важную роль в электромобилях, в то время как другие могут найти применение при хранении электроэнергии.

На данный момент кальциевый аккумулятор, разработанный этими исследователями, является лишь лабораторным прототипом. Однако удачное сочетание квазитвердого электролита, способного облегчать движение ионов кальция, с сроком службы в 1 000 циклов демонстрирует, что эту химию уже нельзя считать просто теоретической альтернативой. Кальций всерьез стучится в двери аккумуляторов следующего поколения.

Источник | Advanced

Ключевые моменты

Исследователи из Гонконга и Шанхая разработали новый кальциевый аккумулятор.

В нем используется квазитвердый электролит на основе ковалентных органических структур.

Новая структура облегчает движение ионов кальция.

У этого аккумулятора была достигнута удельная обратимая емкость 155,9 мА·ч/г.

После 1 000 циклов он сохранил более 74,6% своей емкости.

Кальций встречается гораздо чаще, чем литий, и может снизить зависимость от более ограниченных сырьевых ресурсов.

Это всё ещё экспериментальная технология, и до её применения в электромобилях остаются значительные препятствия.

Стационарное хранение энергии и возобновляемые источники могут стать одними из первых областей её применения.