Fabricación de una batería mejor
El mundo cada vez es más eléctrico: electrodomésticos, dispositivos inteligentes, vehículos, aeronaves, etc. Esta transición se alimenta mediante baterías recargables y, en concreto, las de iones de litio. Si bien las baterías de iones de litio han logrado materializar los dispositivos electrónicos portátiles, dar paso a modos de transporte sostenibles, aumentar el almacenamiento energético y dotar de mayor versatilidad al uso de la energía renovable, lo cierto es que presentan limitaciones. Por ejemplo, muchas baterías de iones de litio utilizan materias primas caras como el cobalto y el níquel, cuyo precio puede verse sometido a grandes fluctuaciones. La extracción de estas materias primas puede resultar perjudicial para el medio ambiente y para los trabajadores de las minas. Además, las baterías de iones de litio están llegando a sus límites en cuanto a densidad de energía, lo que frena la posibilidad de «electrificarlo todo». En resumen, hay una necesidad apremiante de contar con tecnologías de almacenamiento energético más sostenibles y potentes. En este sentido trabaja el proyecto CARBAT, una iniciativa financiada con fondos europeos dedicada al desarrollo de tecnologías de baterías de calcio. «Las baterías basadas en calcio podrían aportar un aumento enorme de la densidad de energía y de la seguridad, en comparación con las más modernas de iones de litio», comenta María Rosa Palacín, catedrática de investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y coordinadora del proyecto. «Las baterías de calcio metálico resultan muy interesantes, pues este elemento es uno de los más abundantes de la corteza terrestre y, como ánodo metálico de calcio, puede emplearse en una amplia gama de electrolitos bastante convencionales», añade Patrik Johansson, catedrático en la Universidad Tecnológica Chalmers y participante en el proyecto. En el proyecto participaron otras entidades como la Universidad Complutense de Madrid y el Fraunhofer ISIT.
Hacia una prueba de concepto
El proyecto CARBAT se propuso crear una prueba de concepto de una celda de batería recargable con ánodo de calcio metálico que tuviera una densidad energética considerablemente superior a la que ofrecen las baterías de iones de litio modernas. Para lograrlo, el proyecto se valió de una combinación de diseño asistido por ordenador, ciencia de los materiales, electroquímica e ingeniería de baterías. Sus miembros partieron de un cribado informático para elegir los materiales más adecuados, que posteriormente evaluaron detalladamente en cuanto a rendimiento electroquímico. «Gracias al cribado informático pudimos identificar varios materiales inorgánicos que podrían funcionar bien como electrodos positivos», explica Palacín. «Algunos de estos materiales mostraron rendimientos preliminares interesantes y, con el mismo método, pudimos descubrir algunas formulaciones de electrolitos nuevas y prometedoras». A continuación, pequeñas celdas a escala de laboratorio se construyeron, probaron, validaron y compararon con la tecnología más moderna de batería de iones de litio mediante el uso de indicadores clave de rendimiento y sostenibilidad.
Una base sólida
Gracias a este trabajo, los investigadores del proyecto conocen mejor los mecanismos en cuestión, así como el rendimiento posible con el uso de estos materiales nuevos. «Desentrañar la forma de facilitar el uso de calcio como ánodo es un paso fundamental en la creación de baterías con una densidad energética muy alta», señala Johansson. «Esta investigación es la base a partir de la que esperamos ampliar y construir una batería de calcio que funcione mejor y sea más sostenible —añade Palacín—, lo que podría dar lugar al uso a gran escala de las energía renovables». El equipo científico continúa estudiando los electrodos y electrolitos, junto con la mejora del nivel de preparación tecnológica de su propuesta.
Palabras clave
CARBAT, batería, baterías, baterías de calcio, sostenible, baterías de iones de litio, baterías recargables, dispositivos electrónicos, energía renovable, cobalto, níquel
