Hong Kong University of Science and Technologyn tutkijat kertovat kehittäneensä uudenlaisen kalsiumioniakun, joka voisi tarjota vaihtoehdon litiumioniakuille. Tutkimus on julkaistu Advanced Science -lehdessä, ja se perustuu puolikiinteään elektrolyyttiin sekä redoks-aktiivisiin orgaanisiin runkorakenteisiin.
Kalsium on maankuoressa huomattavasti litiumia runsaampi alkuaine, mikä tekee siitä houkuttelevan raaka-aineen suurimittakaavaiseen energiavarastointiin. Sähkökemialliselta jänniteikkunaltaan kalsiumioniakut voivat teoriassa yltää lähelle litiumioniakkuja. Käytännössä kehitystä ovat kuitenkin hidastaneet kaksi ongelmaa: Ca²⁺-ionien hidas liike elektrolyytissä ja heikko syklinen vakaus.
HKUST:n tutkimusryhmä ratkaisi ongelmaa kehittämällä karbonyyliryhmiä sisältävän kvasikiinteän elektrolyytin. Rakenteen huokosissa Ca²⁺-ionien kulku ohjautuu järjestäytyneitä karbonyyliryhmiä pitkin. Huoneenlämmössä ionijohtavuudeksi mitattiin 0,46 mS/cm ja kalsiumionien kuljetusluvuksi yli 0,53.
Tutkijat rakensivat myös täyden kennon. Se saavutti 155,9 mAh/g ominaiskapasiteetin 0,15 A/g virralla ja säilytti 74,6 prosenttia kapasiteetistaan 1 000 syklin jälkeen 1 A/g kuormituksella. Tulos osoittaa, että kalsiumioniakkujen keskeisiä pullonkauloja voidaan kiertää materiaaliratkaisuilla.
Kysymys kuuluu, riittääkö tämä haastamaan litiumin. Vertailun vuoksi: litiumioniakkujen LFP-katodimateriaalit tarjoavat tyypillisesti noin 150–170 mAh/g ominaiskapasiteetin ja NMC/NCA-katodit noin 160–220 mAh/g. HKUST:n ilmoittama 155,9 mAh/g on siis samaa suuruusluokkaa kuin LFP-katodilla.
Kuvassa HKUST:n professori Yoonseob Kim (oikealla), ja tohtoriopiskelija Yin Zhuoyu, joka on tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.
Nykyaikaisen avaruus- ja sotilaselektroniikan suunnittelijoita pyydetään luomaan yhä parempaa suorituskykyä yhä pienemmässä mekaanisessa koossa. Tämä onnistuu parhaiten pinoamalla elektroniikkaa kolmiulotteisesti. Fyysisten rakennevaatimusten lisäksi datansiirtonopeudet kasvavat jatkuvasti ja signaalien eheyden marginaalit kutistuvat.
Analogipiirien markkina käy nyt kuumana. Hinnat nousevat ja toimitusajat venyvät. Yhdysvaltalainen Silanna Semiconductor yrittää kääntää asetelman päälaelleen lupaamalla jotain poikkeuksellista. Yhtiö tarjoaa kahden vuoden hintalukon kaikille suorituskykyisille AD-muuntimilleen.
