Unos investigadores de la Universidad de Tohoku, en Japón, han desarrollado un prototipo de batería recargable de calcio metálico capaz de soportar 500 ciclos de carga-descarga repetida.
Con el aumento del uso de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a escala de red, la necesidad de explorar alternativas a las baterías de iones de litio nunca ha sido mayor. Y una de ellas son las baterías de calcio metálico.
El calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, está ampliamente disponible, es barato y tiene un potencial de densidad energética superior al de las baterías de litio. También se cree que sus propiedades ayudan a acelerar el transporte y la difusión de iones en electrolitos y materiales catódicos, lo que le da ventaja sobre otras alternativas, como el magnesio y el zinc.
"En nuestra investigación actual probamos el funcionamiento a largo plazo de una batería de calcio metálico con un cátodo compuesto de nanopartículas de sulfuro de cobre (CuS) y carbono y un electrolito basado en hidruro", explica Kazuaki Kisu, profesor adjunto del Instituto de Investigación de Materiales (IMR) de la Universidad de Tohoku.
Funcionamiento a largo plazo
El sulfuro de cobre, también un mineral natural, tiene propiedades electroquímicas favorables. Su estructura en capas le permite almacenar diversos cationes, como litio, sodio y magnesio. Además, tiene una gran capacidad teórica de 560 mAh g-1, dos o tres veces superior a la de los actuales materiales catódicos para baterías de iones de litio.
Mediante la nanoparticulación y la composición con materiales de carbono, Kisu y sus compañeros de investigación han logrado crear un cátodo capaz de almacenar grandes cantidades de iones de calcio. Al emplearlo con el electrolito de tipo hidruro, producen una batería con un rendimiento cíclico muy estable. La batería prototipo mantuvo una retención de capacidad del 92% a lo largo de 500 ciclos, basándose en la capacidad del décimo ciclo.
El grupo confía en que su descubrimiento ayude a avanzar en la investigación de materiales catódicos para baterías basadas en calcio. "Nuestro estudio confirma la viabilidad de los ánodos de calcio metálico para operaciones a largo plazo, y esperamos que los resultados aceleren el desarrollo de las baterías de calcio metálico", afirma Kisu.
Aunque sí que es cierto que todavía quedan muchos obstáculos por superar para la viabilidad comercial de las baterías de calcio metálico.
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