No es ninguna sorpresa. Desde hace tiempo científicos e industria se devanan los sesos en la búsqueda de baterías cada vez mejores, más duraderas, sostenibles, potentes y con una mayor autonomía. Todo, por supuesto, sin disparar los costos. Los caminos parar lograrlo son de lo más variado y contemplan desde sustituir el grafito sintético por la lignina de la madera a los conocidos como prototipos de "hierro-aire", que aprovechan la reacción del hierro con el oxígeno.
Pero… ¿Y si la clave para jubilar al litio, estuviera en el calcio y azufre?
¿Baterías de calcio y azufre? Esa es la idea en la que trabajan los investigadores del proyecto CaSino, integrado por cinco centros de investigación, dos empresas y un consejo asesor, todo bajo la coordinación del DLR Stuttgart y con un importante respaldo económico del Gobierno federal de Alemania (BMBF). Su objetivo desde septiembre es ahondar en el potencial de las llamadas baterías de calcio-azufre (Ca-S) como una alternativa a las baterías de iones de litio.
El concepto no es del todo nuevo, pero la iniciativa aspira a ahondar en su potencial. "El calcio (Ca) representa un material de ánodo prometedor debido al bajo potencial reductor, alta capacidad y abundantes recursos naturales. Sin embargo, la tecnología de baterías de calcio-azufre (Ca-S) se encuentra en una etapa temprana de I+D y enfrenta al desafío fundamental de desarrollar un electrolito adecuado", recogía ya en 2020 un estudio publicado en Mano-Micro Small y en el que participaban investigadores del Instituto Helmholtz Ulm.
¿Y qué nos ofrece? Una alternativa a las baterías de iones de litio… Una que nos permita eludir sus puntos débiles. Como reconocen desde el DLR, el litio que ahora usamos de forma generalizada en las baterías ofrece ciertas ventajas para las celdas electroquímicas, lo que se traduce en dispositivos compactos y capaces de cargarse con rapidez. El problema es que presenta cuatro grandes problemas: el riesgo de incendio por la formación de dendritas, el impacto ambiental de su extracción, el coste de su reciclaje y su escasez, lo que ya ha llevado a algunas multinacionales a buscar la forma de garantizarse su suministro: "Los depósitos son limitados".
"Los sistemas de almacenamiento de energía eficientes, grandes y de bajo costo facilitarán la transición a nivel nacional hacia la movilidad y el suministro de energía sin emisiones", apuntan desde el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), que destaca que el calcio es un "un candidato prometedor".
¿Lo solucionan las baterías Ca-S? Lo que quiere el proyecto CaSino es "determinar el potencial" de este tipo de baterías. De entrada ya avanzan algunas de sus fortalezas frente a los modelos convencionales de iones de litio. Quizás la mayor de todas sea su mayor disponibilidad. "El calcio, un metal multivalente como el aluminio, el magnesio y el zinc, es 400 veces más abundante en comparación y, por lo tanto, económico", subraya el DLR.
Hace justo un año Haesun Park, profesor de la Universidad de Chung-Ang, en Corea del Sur, publicó un estudio sobre simulaciones por ordenador con materiales de cátodo basados en calcio. Su motivación era la misma y llegaba acompañada de un dato para la reflexión: las reservas de litio representan apenas el 0,002% de la corteza terrestre, con lo que es previsible que su disponibilidad se tensione aún más a medida que aumenten los coches eléctricos. “El calcio —apuntaba el centro surcoreano en un comunicado— no solo es 10.000 veces más abundante que el litio, sino que puede producir un rendimiento de batería similar en teoría”.
¿Son todo ventajas? No. Las baterías de calcio-azufre —advertían en 2020 los expertos del Instituto Helmholtz Ulm— presentan también sus propios desafíos. El mayor quizá sea la reactividad del calcio y la formación de capas superficiales en contacto con el aire, humedad o el propio electrolito, lo que complica una carga y descarga eficientes. Con ese hándicap en mente, el DLR apunta la importancia de un electrolito compatible. “Asume una función clave”, reconoce.
Lo que busca el proyecto CaSino es precisamente avanzar en la estabilidad del ciclo y densidad de energía de las baterías. Para lograrlo se centra en los materiales, los métodos y la labor de modelado. El Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), por ejemplo, ya ha probado un electrolito a base de boro no corrosivo que permitiría una carga y descarga más estable con baterías de calcio durante cientos de ciclos.
¿Y más allá de los laboratorios? Si logran su objetivo las nuevas baterías podrían jugar un papel relevante en una industria cada vez más preocupada por el suministro de materiales. La escasez de litio, de hecho, ya ha llevado a fabricantes de vehículos a ir más allá de su rol tradicional y buscar estrategias para asegurarse el abastecimiento que pasan por participar en compañías mineras, firmar acuerdos de provisión a años vista o explorar opciones de autoabastecimiento, como Tesla.
“El desarrollo exitoso de baterías de iones de Ca de bajo coste y con un alto rendimiento sin duda ayudará en la necesaria transición de los automóviles tradicionales a los vehículos eléctricos, que serán más respetuosos con el medio ambiente en muchos aspectos”, recogía hace un año la Universidad Chung-Ang.
Imagen de portada: Foto: Markus Breig/KIT
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