Kalzium-Zelle: über 74,6 % Kapazität nach 1.000 Zyklen bei 1 A g⁻¹

Die Zelle erreichte nach Angaben einer Mitteilung der Hochschule laut der zugrundeliegenden Studie eine reversible spezifische Kapazität von 155.9 mAh g⁻¹ bei 0.15 A g⁻¹. Die Ergebnisse erschienen am 16. November 2025 in der Fachzeitschrift Advanced Science.

Wie die Zelle ohne Kalziummetallanode funktioniert

Das Kalziumsalz Ca(TFSI)2 liefert die Kalziumionen. Als Elektroden dienten PTCDA als Anode und ein kupferkoordiniertes Preußischblau-Analogon namens CuPBA als Kathode. Den Quasi-Festelektrolyten, der trotz fester COF-Struktur noch einen flüssigen Lösungsmittelanteil enthält, stellten die Forschenden aus zwei redoxaktiven kovalenten organischen Gerüsten her, Pyren-Tetraon-COFs (PT-COFs) und Phenanthrenchinon-COFs (PQ-COFs), die sich in der Dichte ihrer Carbonylgruppen unterscheiden. Sie mischten jeweils eines der beiden COFs mit Ca(TFSI)2 und dem Lösungsmittel Propylencarbonat im Gewichtsverhältnis 55.6 zu 27.8 zu 16.6. Getestet wurde ohne äußeren Druck, weil das laut den Autoren näher an realen Herstellungs- und Anwendungsbedingungen liegt. Mehr Carbonylgruppen bedeuten dabei kürzere Transportwege für die Ionen: Pro hexagonaler Wiederholungseinheit enthalten PT-COFs 24 und PQ-COFs 12 solcher Gruppen. Bei Raumtemperatur erreichten die PT-COF-Elektrolyte dadurch eine Leitfähigkeit von 0.46 mS cm⁻¹, die PQ-COF-Variante 0.021 mS cm⁻¹. Bei 80 Grad Celsius stiegen die Werte auf 5.05 beziehungsweise 2.46 mS cm⁻¹. Ganz ohne flüssiges Lösungsmittel wie Propylencarbonat war der Elektrolyt mit 1.4 ×10⁻⁶ mS cm⁻¹ kaum leitfähig.

Warum Alternativen zu Lithium interessant sind

Hintergrund für das Interesse an Alternativen liefert der Global Critical Minerals Outlook 2026 der Internationalen Energieagentur: Die Lithiumpreise verdoppelten sich demnach mehr als, nachdem sie 2023 und 2024 gefallen waren, während die Kobaltpreise um rund 130 Prozent stiegen, vor allem wegen Exportbeschränkungen der Demokratischen Republik Kongo. Im Oktober 2025 kündigte China zudem Exportkontrollen für Kathodenmaterialien, Kathodenvorprodukte und Graphitanodenmaterialien an. Die IEA warnt zudem, dass eine vollständige Unterbrechung des Handels mit Batteriegraphit außerhalb Chinas nachgelagerte Produktion im Wert von mehr als 300 Milliarden US-Dollar pro Jahr gefährden könnte. Parallel dazu sanken laut der IEA die weltweiten Investitionen in kritische Mineralien 2025 um 9 Prozent; bei Batteriemetallen gingen die Kapitalausgaben um mehr als 20 Prozent zurück. Bei Batterierecycling entfallen laut IEA zudem mehr als drei Viertel der weltweiten Vorbehandlungskapazität und 90 Prozent der Kapazität zur Materialrückgewinnung auf China. Kim selbst nannte Kalzium-Ionen-Batterien laut der Mitteilung eine potenziell nachhaltige Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie und die Nutzung redoxaktiver kovalenter organischer Gerüste einen bedeutenden Schritt zu leistungsfähigen Energiespeichern für eine grünere Zukunft. Die Hochschule nennt zugleich ineffizienten Ionentransport und instabile Zyklenleistung als Hindernisse, die Wettbewerbsfähigkeit von Kalzium-Ionen-Batterien gegenüber kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien bislang begrenzen.

Im Vergleich: andere Wege zur Kalzium-Batterie

Einen anderen Ansatz verfolgten bereits 2024 Streng et al. mit einer wässrigen Kalzium-Ionen-Batterie aus einer Polyimid-Anode und einer Kupferhexacyanoferrat-Kathode: Sie zeigten, dass der Ersatz von Kaliumionen durch Kalziumionen im Elektrolyten die Stabilität beider Elektroden deutlich erhöht. Laut den Autoren begrenzt allerdings das enge elektrochemische Stabilitätsfenster wässriger Batterien deren Energiedichte. Die HKUST-Zelle verwendet jedoch keine Kalziummetallanode. Mehrere Wissenschaftsmedien griffen bei der Berichterstattung auf Material der Hochschule zurück: ScienceDaily weist ausdrücklich darauf hin, dass die Angaben von HKUST stammen, Nanowerk übernahm die Formulierungen der Hochschulmitteilung nahezu wortgleich.

Potenziale und offene Fragen zum Alltagseinsatz

Interesting Engineering schreibt, weitere Arbeit sei nötig, um die Technologie zu skalieren und ihre langfristige kommerzielle Tragfähigkeit zu überprüfen. Kalzium ist laut SciTechDaily weithin verfügbar und Kalzium-Ionen-Batterien arbeiten in einem mit Lithium-Ionen-Batterien vergleichbaren elektrochemischen Fenster. Quasi-Festelektrolyte sollen gegenüber flüssigen Systemen außerdem das Leckagerisiko senken und die mechanische Stabilität verbessern, berichtet Interesting Engineering. Mögliche Anwendungen wie Energiespeicher oder Elektrofahrzeuge nennen mehrere Berichte. Für die Technologie sind laut den vorliegenden Angaben Skalierung und eine Prüfung der langfristigen kommerziellen Tragfähigkeit noch nötig.