Batería de calcio
Batería de calcio – Investigadores japoneses han introducido la primera batería de iones de calcio para lograr niveles de eficiencia y durabilidad que la hacen viable para la comercialización.
Además de que el calcio es mucho más abundante y más barato que el litio, una batería de iones de calcio puede superar los 2.000 mAh/cm-3, frente a menos de 800 mAh/cm-3 para las baterías de iones de litio.
Sus propiedades también ayudan a acelerar el transporte y la difusión de iones en electrolitos y materiales catódicos, lo que le da una ventaja sobre otras alternativas como las baterías a base de magnesio y zinc.
Pero todavía había desafíos prácticos que superar para que se pudieran obtener estas ganancias teóricas, especialmente en términos de encontrar un electrolito eficiente y un cátodo con la capacidad de almacenar iones de calcio (Ca2+) en cantidad suficiente.
Kazuaki Kisu y sus colegas de la Universidad de Tohoku en Japón pudieron anotar puntos muy importantes en estas dos categorías.
La durabilidad de la batería saltó a más de 500 ciclos, frente a unos pocos ciclos demostrados hasta ahora.
Ciclismo competitivo
El año pasado, el equipo encontró una solución al problema del electrolito de calcio (Ca) utilizando un grupo de hidrógeno (monocarborano), con la ventaja adicional de eliminar el flúor. El electrolito demostró un rendimiento electroquímico notablemente mejorado, como una alta conductividad y una alta estabilidad electroquímica.
“Para nuestra investigación actual, probamos el funcionamiento a largo plazo de una batería metálica de Ca con un cátodo compuesto de nanopartículas de sulfuro de carbono / cobre (CuS) y un electrolito basado en hidruro”, dijo Kisu.
También un mineral natural, CuS tiene propiedades electroquímicas y una estructura en capas que le permite almacenar una variedad de cationes, incluyendo litio, sodio y magnesio. Su gran capacidad, 560 mAh/g-1, es de dos a tres veces mayor que los materiales de cátodo actuales para baterías de iones de litio.
El resultado es una batería de iones de calcio con un rendimiento de ciclismo altamente estable. El prototipo de batería mantuvo una retención de capacidad del 92% después de 500 ciclos de uso y recarga, y esto se basó en la capacidad del 10º ciclo. Aunque existe un “número mágico” de 1.000 ciclos para hacer viable una nueva batería en el mercado, pocas baterías de litio comercializadas hoy en día para su reemplazo alcanzan este número.
“Nuestro estudio confirma la viabilidad de los ánodos metálicos de Ca para operaciones a largo plazo y esperamos que los resultados aceleren el desarrollo de baterías de metal de Ca”, dijo Kisu.
