Un grupo de investigación de la Universidad de Tohoku en Japón ha desarrollado un prototipo de batería recargable de metal de calcio (Ca) capaz de soportar hasta 500 ciclos de carga y descarga repetidas, el punto de referencia para el uso práctico.
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 (LIB) es elevada. Uno de esos reemplazos son las baterías de metal Ca, el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre y que está ampliamente disponible y es económico.
Además, el metal Ca tiene otras propiedades, como un potencial de densidad de energía más alto que los LIB, y se cree que sus propiedades ayudan a acelerar el transporte y la difusión de iones en electrolitos y materiales catódicos, lo que le da una ventaja sobre otras alternativas de iones de litio como el magnesio y el zinc.
A pesar de sus características, la viabilidad comercial de las baterías de metal Ca queda lejos, debido a la falta de un electrolito eficiente y la ausencia de materiales catódicos con suficiente capacidad de almacenamiento de Ca 2+.
Electrolito de calcio libre de flúor
Los investigadores han proporcionado una solución a estos problemas cuando descubrieron un nuevo electrolito de calcio (Ca) libre de flúor basado en un grupo de hidrógeno (monocarborano). El electrolito demostró rendimientos electroquímicos notablemente mejorados, como alta conductividad y estabilidad electroquímica.
Por otro lado, también descubrieron que el mineral naturas CuS tiene propiedades electroquímicas favorables. Su estructura en capas le permite almacenar una variedad de cationes, incluidos litio, sodio y magnesio. Además, proporciona una gran capacidad teórica de 560 mAh g-1, dos o tres veces mayor que los materiales de cátodo actuales para baterías de iones de litio.
A través de nanopartículas y composición con materiales de carbono, los investigadores pudieron crear un cátodo capaz de almacenar grandes cantidades de iones de calcio, que cuando se utiliza con electrolitos de tipo hidruro, produce una batería con un rendimiento cíclico muy estable. La batería prototipo mantuvo una capacidad de retención del 92% durante 500 ciclos en función de la capacidad del décimo ciclo.