Un avance notable en la tecnología de baterías basadas en calcio ha sido alcanzado por científicos chinos, quienes han desarrollado una batería capaz de soportar hasta 700 ciclos completos de carga y descarga a temperatura ambiente, un logro inédito en este ámbito.
Además, los investigadores informan haber incorporado su dispositivo de calcio-oxígeno en fibras, lo que ha dado lugar a una batería textil flexible adecuada para su aplicación en dispositivos móviles.
Este progreso marca un hito importante en el sector y subraya el potencial de soluciones de almacenamiento de energía más duraderas y eficientes. De acuerdo con el estudio realizado por el equipo de la Universidad Fudan de Shanghai, su invención puede contribuir a hacer de «la química del calcio una tecnología prometedora y sostenible para el almacenamiento de energía».
Los detalles de esta investigación han sido publicados en la revista Nature.
Reconocidas por su excepcional densidad energética, las baterías de iones de litio han sido dominantes a nivel mundial debido a su tamaño compacto y peso ligero en relación con su capacidad de almacenamiento. No obstante, garantizar un suministro confiable de litio es crucial para promover industrias sostenibles como el almacenamiento de energía renovable y los vehículos eléctricos.
El estudio sugiere que las baterías de calcio podrían ofrecer una alternativa más económica y segura que las de iones de litio, manteniendo una capacidad energética teóricamente similar. De acuerdo con un artículo publicado en Nature, la abundancia de calcio, que es 2.500 veces mayor que la de litio, sugiere que esta batería representa una opción prometedora con una densidad energética potencialmente comparable, según lo afirmado por el equipo de investigación.
Los científicos hacen hincapié en que los sistemas de calcio-oxígeno (Ca-O2) tienen la mayor densidad energética teórica entre las variantes de baterías basadas en calcio. Esto se debe a que el combustible de la batería proviene del oxígeno del aire en lugar de un material almacenado en ella.
Las baterías de Ca-O2 representan una promesa de alta capacidad y bajo coste al convertir el oxígeno en compuestos de óxido de calcio (CaOx). No obstante, desarrollar una batería recargable de Ca-O2 que funcione a temperatura ambiente ha sido un desafío debido a que la química involucrada suele generar productos de descarga inactivos, y encontrar electrolitos capaces de manejar tanto un ánodo metálico de calcio altamente reactivo como el oxígeno ha sido difícil, según informa el South China Morning Post.
Abordando este desafío crucial, los investigadores han resaltado la dificultad de hallar un electrolito, un componente esencial de la batería que facilita la carga y descarga, que no desencadene reacciones del calcio, lo que podría limitar la capacidad de la batería. El equipo de la Universidad Fudan ha desarrollado un electrolito líquido que aloja los elementos de calcio y oxígeno para superar este problema. Además, han afirmado que la batería recargable resultante podría ser una alternativa rentable a las baterías de litio, con una variedad de posibles aplicaciones.
Propuesta versátil
El estudio del equipo ha delineado un diseño sólido para una batería de calcio-oxígeno adaptable a la integración en fibras flexibles, lo que posibilitaría la creación de baterías textiles para dispositivos portátiles avanzados. La incorporación de los componentes de la celda en las fibras ha demostrado su capacidad para mantener la estabilidad incluso cuando se doblan desde cero hasta 180 grados.
Mediante el uso de una máquina trenzadora comercial, los investigadores han tejido estas baterías de fibras para transformarlas en textiles transpirables y flexibles capaces de alimentar dispositivos electrónicos como teléfonos móviles. Según el estudio, «hemos evidenciado que la batería de Ca-O2 propuesta es estable en ambientes aireados y puede ser convertida en fibras flexibles que se entrelazan en baterías textiles para sistemas portátiles de nueva generación».
A pesar de que el rendimiento y la capacidad de su batería aún estén limitados, el equipo se muestra optimista sobre la posibilidad de mejorar su funcionalidad mediante futuras innovaciones técnicas. Asimismo, destacan que su investigación abre nuevas oportunidades para el desarrollo de baterías de calcio utilizando materiales alternativos.
La tecnología de baterías de calcio-oxígeno (Ca-O2) ofrece una prometedora capacidad teórica al reducir el oxígeno a compuestos de óxido de calcio (CaOx) de manera rentable. Sin embargo, hasta ahora no se ha logrado desarrollar una batería de Ca-O2 recargable que funcione eficientemente a temperatura ambiente debido a los desafíos químicos inherentes que suelen generar productos de descarga inertes, y la dificultad para encontrar electrolitos capaces de manejar tanto un ánodo metálico de calcio altamente reactivo como el oxígeno.
En este trabajo, presentamos una batería de Ca-O2 que puede ser recargada hasta 700 ciclos a temperatura ambiente. Nuestra innovación se basa en un proceso redox altamente reversible de dos electrones que produce peróxido de calcio (CaO2) como producto de descarga, el cual es químicamente reactivo. Mediante el uso de un electrolito duradero a base de líquido iónico, hemos logrado facilitar la deposición de calcio en el ánodo metálico a temperatura ambiente y mejorar el proceso redox CaO2/O2 en el cátodo de aire. Como resultado, hemos demostrado que la batería de Ca-O2 propuesta es estable en ambientes aireados y puede ser fabricada en forma de fibras flexibles que se entrelazan para crear baterías textiles adecuadas para sistemas portátiles de próxima generación.