A equipe de pesquisa do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Informação, A Toyohashi University of Technology relatou que adicionar água a um eletrólito melhora a função do óxido de vanádio, um eletrodo positivo em baterias de íons de cálcio. Embora a água nos eletrólitos seja conhecida por produzir muitos efeitos negativos, descobriu-se agora que induz um fenômeno que acelera a reação convencionalmente lenta das baterias de íons de cálcio. Os resultados indicam que esse fenômeno é causado por mudanças na estrutura do eletrólito. Os pesquisadores acreditam que esta descoberta beneficiará muito o desenvolvimento de eletrólitos para a implementação de baterias de íons de cálcio no futuro.

As baterias secundárias são recursos valiosos que dão suporte a vários setores. Hoje, baterias secundárias são necessárias para energia reutilizável e veículos elétricos. As baterias secundárias de íon-lítio já são amplamente utilizadas como baterias secundárias potentes. Contudo, nos últimos anos, a segurança das baterias secundárias foi questionada, com inúmeros relatórios citando combustão. Espera-se que a necessidade de baterias secundárias aumente exponencialmente junto com o aumento dos veículos elétricos. Isso significa uma maior demanda por lítio, e, por sua vez, problemas como preços mais altos e possível esgotamento de recursos.

As baterias de íon de cálcio são um tipo de bateria secundária de próxima geração que não usa lítio e pode atingir uma tensão de bateria que rivaliza com as baterias de íon de lítio. Em comparação com as baterias de íon de lítio, baterias de íons de cálcio são mais seguras, mais barato de produzir e seus recursos são muito mais abundantes. Contudo, As baterias de íons de cálcio ainda estão sujeitas a uma série de problemas. Um desses problemas é que eles operam a uma velocidade muito mais baixa do que as baterias de íon de lítio.

Neste estudo, A Universidade Toyohashi relatou que a baixa velocidade de operação das baterias de íons de cálcio poderia ser melhorada adicionando água ao eletrólito. Os gráficos dos resultados do teste mostram que a sobretensão que ocorre durante a carga / descarga diminui muito à medida que a quantidade de água adicionada aumenta, e essa reação prossegue sem problemas. Os pesquisadores comprovaram que esse fenômeno é causado pelo fato de a estrutura do eletrólito ser muito alterada com a adição de água.

Yoshiaki Murata, Ph.D. aluno e primeiro autor do estudo, diz, "O eletrólito é composto de íons positivos (íons de cálcio), íons negativos e moléculas de solvente, e o estado em torno do íon cálcio muda muito quando a água é adicionada. O que isso significa é que, a fim de melhorar o desempenho de uma bateria de íons de cálcio, de preferência, nenhum íon negativo é ligado ao íon de cálcio no eletrólito e uma molécula de solvente que se separa facilmente é ligada ao íon de cálcio. Embora ainda precisemos descobrir um eletrólito com essas características que não inclua água para obter baterias de íons de cálcio, a descoberta desse fenômeno certamente ajudará no desenvolvimento futuro de eletrólitos. "

O resultado do presente estudo foi, na verdade, um resultado secundário obtido durante o estudo de novos eletrólitos. Os eletrólitos precisam ser suficientemente desidratados quando são desenvolvidos, mas esse processo de desidratação é difícil. O presente estudo foi conduzido devido às características de uma bateria melhorando ao testar um eletrólito insuficientemente desidratado. Embora haja relatos sobre um fenômeno no qual o desempenho de uma bateria de íons de magnésio melhora devido à adição de água, o mecanismo por trás disso não era claramente conhecido. Foi surpreendente que o mesmo fenômeno pudesse ser visto em baterias de íons de cálcio, e acreditamos que elucidar o mecanismo por trás desse comportamento seria útil para o futuro desenvolvimento de eletrólitos.

Nossa equipe de pesquisa está procurando desenvolver e avaliar novos eletrólitos com base nessa estrutura de eletrólito recém-descoberta que melhora o desempenho das baterias de íons de cálcio. Avançar, não fomos os únicos a estudar isso; tem havido um rápido aumento no número de estudos sobre baterias de íons de cálcio nos últimos anos. Em última análise, gostaríamos de desenvolver uma bateria de íon de cálcio que tenha a capacidade de rivalizar ou superar as baterias de íon de lítio.