Calcium blijkt toch nog een goed basismateriaal voor opslag van elektrische energie. Met name bij grootschalige toepassingen van het formaat energiebuffer in hoogspanningsnet, stellen MIT-onderzoekers in Nature Communications.

Ze denken dan aan accu’s die geheel gevuld zijn met vloeibaar materiaal: onderin een gesmolten metaal als negatieve elektrode, bovenin een ánder gesmolten metaal als positieve elektrode, en daar tussenin een gesmolten zout als elektrolyt. Door verschillen in soortelijke massa blijven de lagen op hun plek.

Het idee achter zo’n accu is dat bij ontlading het metaal in de negatieve elektrode wordt geoxideerd. Er vormen zich dus ionen die door het gesmolen zout naar boven kunnen migreren om vervolgens aan de positieve elektrode weer te worden ontladen. Daarbij vormen ze met die bovenste elektrode als het ware een legering. Opladen gaat omgekeerd.

Op het eerste gezicht ligt calcium dan voor de hand als materiaal voor de negatieve elektrode. Het raakt zijn elektronen gemakkelijk kwijt, de ionen zijn tweewaardig (wat in een klap de capaciteit verdubbelt) en het element is nog spotgoedkoop ook. Maar bij nader inzien lijkt het onbruikbaar. Ten eerste smelt het pas bij 839 graden Celsius, wat betekent dat alle andere componenten van de accu daar tegen bestand moeten zijn en warmteverliezen een groot probleem dreigen te worden. Ten tweede blijft calcium niet braaf in de elektrode-vloeistoflaag zitten omdat het in gesmolten zouten heel gemakkelijk oplost.

Donald Sadoway en collega’s hebben er iets op gevonden. Door ongeveer 10 mol% magnesium toe te voegen aan het calcium creëerden ze een eutectisch mengsel dat bij minder dan 550 graden smelt, zonder dat de prestaties van de elektrode er echt veel op achteruit gaan. Daarnaast wisten ze een elektrolyt te vinden met een vergelijkbaar smeltpunt en een iets lagere dichtheid, waar weinig extra calcium in oplost: alweer een eutectisch mengsel, dit keer van 65 mol% LiCl en 35 mol % CaCl₂.

Op labschaal werkt het alvast; opschalen lijkt vooral een kwestie van durven.

bron: MIT