Il gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Informazione, La Toyohashi University of Technology ha riferito che l'aggiunta di acqua in un elettrolita migliora la funzione dell'ossido di vanadio, un materiale per elettrodi positivi nelle batterie agli ioni di calcio. Sebbene sia noto che l'acqua negli elettroliti produce molti effetti negativi, è stato ora scoperto che induce un fenomeno che accelera la reazione convenzionalmente lenta delle batterie agli ioni di calcio. I risultati indicano che questo fenomeno è causato da cambiamenti nella struttura dell'elettrolita. I ricercatori ritengono che questa scoperta sarà di grande beneficio per lo sviluppo di elettroliti per l'implementazione di batterie agli ioni di calcio in futuro.

Le batterie secondarie sono risorse preziose che supportano vari settori. Oggi, batterie secondarie sono necessarie per energia riutilizzabile e veicoli elettrici. Le batterie secondarie agli ioni di litio sono già ampiamente utilizzate come potenti batterie secondarie. Però, negli ultimi anni, la sicurezza delle batterie secondarie è stata messa in discussione, con innumerevoli rapporti che citano la combustione. Si prevede che la necessità di batterie secondarie aumenterà in modo esponenziale insieme all'aumento dei veicoli elettrici. Ciò significa una maggiore domanda di litio, e a sua volta, problemi come prezzi più alti e potenziale esaurimento delle risorse.

Le batterie agli ioni di calcio sono un tipo di batteria secondaria di nuova generazione che non utilizza il litio e può raggiungere una tensione della batteria che rivaleggia con quella delle batterie agli ioni di litio. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, le batterie agli ioni di calcio sono più sicure, meno costosi da produrre e le loro risorse sono molto più abbondanti. Però, le batterie agli ioni di calcio sono ancora soggette a una serie di problemi. Uno di questi problemi è che funzionano a una velocità molto inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio.

In questo studio, La Toyohashi University ha riferito che la bassa velocità operativa delle batterie agli ioni di calcio potrebbe essere migliorata aggiungendo acqua all'elettrolita. I grafici dei risultati del test mostrano che la sovratensione che si verifica durante la carica/scarica diminuisce notevolmente all'aumentare della quantità di acqua aggiunta, e quella reazione procede senza problemi. I ricercatori hanno dimostrato che questo fenomeno è causato dal fatto che la struttura dell'elettrolita viene notevolmente modificata dall'aggiunta di acqua.

Yoshiaki Murata, dottorato di ricerca studente e primo autore dello studio, dice, "L'elettrolita è costituito da ioni positivi (ioni calcio), ioni negativi e molecole di solvente, e lo stato intorno allo ione calcio cambia notevolmente quando viene aggiunta acqua. Ciò significa che, per migliorare le prestazioni di una batteria agli ioni di calcio, preferibilmente nessun ione negativo è attaccato allo ione calcio nell'elettrolita e una molecola di solvente che si separa facilmente è attaccata allo ione calcio. Mentre dobbiamo ancora scoprire un elettrolita con queste caratteristiche che non includa l'acqua per realizzare batterie agli ioni di calcio, la scoperta di questo fenomeno aiuterà sicuramente con lo sviluppo futuro dell'elettrolito".

Il risultato del presente studio era in realtà un risultato secondario ottenuto durante lo studio di nuovi elettroliti. Gli elettroliti devono essere sufficientemente disidratati quando si sviluppano, ma questo processo di disidratazione è difficile. Il presente studio è stato condotto a causa del miglioramento delle caratteristiche di una batteria durante il test di un elettrolita non sufficientemente disidratato. Sebbene ci siano segnalazioni su un fenomeno in cui le prestazioni di una batteria agli ioni di magnesio migliorano a causa dell'aggiunta di acqua, il meccanismo dietro questo non era chiaramente noto. Era sorprendente che lo stesso fenomeno potesse essere visto nelle batterie agli ioni di calcio, e crediamo che chiarire il meccanismo alla base di questo comportamento si rivelerebbe utile per il futuro sviluppo degli elettroliti.

Il nostro team di ricerca sta cercando di sviluppare e valutare nuovi elettroliti basati su questa struttura elettrolitica scoperta di recente che migliora le prestazioni delle batterie agli ioni di calcio. Ulteriore, non siamo stati gli unici a studiarlo; negli ultimi anni si è registrato un rapido aumento del numero di studi sulle batterie agli ioni di calcio. In definitiva, vorremmo sviluppare una batteria agli ioni di calcio che abbia la capacità di rivaleggiare o superare le batterie agli ioni di litio.