Zajednički evropski projekat „CaSino“ istražuje potencijal kalcijum sumporne (Ca-S) baterije kao alternative litijum-jonskim baterijama. Projektni konzorcijum se sastoji od pet istraživačkih institucija, dve industrijske kompanije i industrijskog savetodavnog odbora, a koordinira ga DLR Štutgart. Nemačko savezno ministarstvo obrazovanja i istraživanja (BMBF) finansira ga sa 3 miliona evra.
Litijum je zvezdani element za elektrohemijsku ćeliju na mnogo načina — kombinuje veliki kapacitet skladištenja energije i napon ćelije sa brzom migracijom jona. Ovo omogućava kompaktne baterije i brzo punjenje i pražnjenje.
Međutim, sistemi zasnovani na litijumu imaju povećan rizik od požara, jer se dendriti mogu formirati pri ponovljenom punjenju, što u najgorem slučaju dovodi do unutrašnjeg kratkog spoja. Pored toga, nalazišta litijuma na zemlji su ograničena i nisu dostupna na svim kontinentima.
Kalcijum – multivalentni metal poput aluminijuma, magnezijuma i cinka – je znatno rasprostranjeniji i stoga jeftiniji. Kao i litijum, ima visok kapacitet skladištenja i napon ćelije, a takođe je sigurniji u pogledu kratkih spojeva, pošto kalcijum ne formira tipične dendrite u radu.
Najveći izazov kada se koristi kalcijum je njegova reaktivnost i formiranje površinskih slojeva, bilo u kontaktu sa vazduhom ili vlagom, ili čak sa elektrolitom koji se koristi u bateriji. Oksidirane površine kasnije blokiraju difuziju jona i na taj način sprečavaju efikasno punjenje i istovar. Stoga razvoj kompatibilnog elektrolita igra ključnu ulogu. Pored toga, rastvorljivi polisulfidi se stvaraju kada se koristi sumporna katoda, koja takođe može blokirati Ca anodu.
Projekat CaSino je sada sebi postavio cilj da postigne značajan napredak u pogledu stabilnosti ciklusa i gustine energije kalcijum sumpornih baterija kroz inovativni razvoj materijala. Ovi koraci su praćeni eksperimentalnim istraživanjima, naprednim metodama analize i opsežnim radom na modeliranju. Zajednički projekat koji finansira BMBF koordinira Institut za tehničku termodinamiku Nemačkog vazduhoplovnog centra u Štutgartu tokom trogodišnjeg trajanja projekta.
Iz konzorcijuma, Karlsrue institut za tehnologiju (KIT) i njegov Helmholc institut Ulm (HIU) igraju pionirsku ulogu u oblasti istraživanja kalcijumskih baterija. Sa nekorozivnim elektrolitom na bazi bora, KIT je postavio temelje za dalja istraživanja Ca baterija. Ovaj nedavni razvoj sada omogućava stabilnije punjenje i pražnjenje Ca baterija tokom stotina ciklusa. Na osnovu toga, KIT, zajedno sa IoLiTec GmbH, specijalistom za jonske tečnosti, ima za cilj da dalje unapredi već uspostavljeni KIT elektrolit.
Istraživački institut za plemenite metale i hemiju metala bavi se potrebom za tankim i strukturiranim Ca anodama, dok DLR Institut za tehničku termodinamiku razvija premaze po meri za zaštitu od pasivacije.
Elektrohemijska karakterizacija novih materijala biće proširena inovativnim metodama strukturne i morfološke analize (analitička elektronska i jonska mikroskopija) na Institutu za prirodne nauke i medicinu (NMI) Univerziteta u Tibingenu. Štaviše, eksperimentalne aktivnosti su podržane atomističkim simulacijama na Univerzitetu u Ulmu, kao i simulacijama kontinuuma i modeliranjem Ca-S ćelije na DLR Institutu za tehničku termodinamiku.
Konačno, sveobuhvatno razmatranje ekonomskih i ekoloških aspekata od strane EurA AG bi trebalo da istakne potencijal Ca-S sistema u smislu održivosti, troškova i mogućnosti recikliranja u poređenju sa najsavremenijim materijalima za baterije.
Projekat će nastaviti da prati industrijski savetodavni odbor koji čine kompanije Alantum, Varta, CustomCells i Accurec. Sve integrisane institucije i kompanije rade zajedno u cilju demonstracije performansi ove održive tehnologije skladištenja energije zasnovane na kalcijumu i sumporu u industrijski kompatibilnoj baterijskoj ćeliji za upotrebu kao stacionarno skladištenje.
