Calcium in plaats van lithium: batterijen met hoge capaciteit en duurzaamheid mogelijk

Zeldzame aardelementen zijn duur, wat waarschijnlijk niet snel zal veranderen met de verdere verspreiding van smartphones, elektrische auto's en energieopslagsystemen voor thuisgebruik.

Calcium en zuurstof, of in combinatie als calciumoxide of calciumperoxide, behoren tot de meest voorkomende elementen van allemaal. Ze zijn praktisch overal op aarde te vinden. Calciumperoxide komt ook voor in kauwgom en tandpasta, in gebakken producten en in rubber.

Omdat het lichte metaal calcium een grotere atomaire straal en een sterkere moleculaire binding heeft dan bijvoorbeeld lithium, ontstaan er onder normale omstandigheden problemen die het praktische gebruik ervan verhinderen.

Hoewel dergelijke batterijen een hoge energiedichtheid hebben, kunnen ze bij kamertemperatuur slechts een paar keer worden opgeladen en zijn ze daarom ongeschikt voor dagelijks gebruik.

Onderzoekers uit China zijn er nu op indrukwekkende wijze in geslaagd om dit nadeel van een calcium-zuurstof batterij op te heffen en een nieuw ontwerp 700 keer op te laden.

In plaats van calciumoxide, dat alleen met veel moeite kan worden afgebroken, werd calciumperoxide gebruikt, dat een aanzienlijk zwakkere binding heeft. Er was ook een speciaal aangepaste elektrolyt nodig.

Het hoogtepunt zijn echter de koolstofnanobuisjes, die bedekt zijn met calcium. Dit kleine buisje ligt in de elektrolyt en wordt op zijn beurt omringd door een ander nanobuisje, dat de kathode vormt.

Tijdens het experiment was het mogelijk om een smartphone op te laden met deze zachte batterij, die wederom in ademende stof was geweven.

Het hele systeem bevindt zich nog in de experimentele fase. Een van de punten van kritiek is dat het opladen zeer inefficiënt is. Het vermogen dat nodig is voor het opladen is dan ook aanzienlijk hoger dan de capaciteit die uiteindelijk beschikbaar is.

Toch is het gelukt om een duurzame batterij te maken die bijna uitsluitend bestaat uit algemeen verkrijgbare en goedkope materialen.