(Noticias de Nanowerk) Las preocupaciones sobre la escasez, el alto precio y la seguridad del uso a largo plazo de las baterías de iones de litio han llevado a un equipo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer a proponer una alternativa de almacenamiento de energía más ecológica, más eficiente y menos costosa.
En un estudio publicado recientemente en Actas de la Academia Nacional de Ciencias («Intercalación reversible y rápida de calcio en óxidos de molibdeno y vanadio»), el autor correspondiente Nikhil Koratkar, John A. Clark y Edward T. Crossan, profesor de ingeniería en Rensselaer, y su equipo afirman que los iones de calcio podrían usarse como una alternativa a los iones de litio en Pilas por su abundancia y bajo coste.
«La gran mayoría de los productos de baterías recargables se basan en la tecnología de iones de litio, que es el estándar de oro en términos de rendimiento», dijo el Dr. Koratkar. “Sin embargo, el talón de Aquiles de la tecnología de iones de litio es el costo. El litio es un recurso finito en el planeta y su precio ha aumentado drásticamente en los últimos años. Estamos trabajando en una química de batería económica, abundante, segura y sostenible que utilice iones de calcio en un electrolito acuoso a base de agua”.
Si bien el tamaño más grande y la mayor densidad de carga de los iones de calcio afectan la cinética de difusión y la estabilidad cíclica en comparación con el litio, el Dr. Koratkar y su equipo proponen estructuras de óxido con grandes espacios abiertos (canales heptagonales y hexagonales) como posible solución. En su trabajo, se demuestra una batería acuosa de iones de calcio utilizando polimorfos ortorrómbicos y trigonales de óxido de molibdeno y vanadio (MoVO) como huésped de los iones de calcio.
«El ion de calcio es divalente y, por lo tanto, la inserción de iones durante el funcionamiento de la batería proporciona dos electrones por ion», explica el Dr. Koratkar. “Esto permite una batería altamente eficiente con masa y volumen reducidos de iones de calcio. Sin embargo, la mayor carga iónica y el mayor tamaño de los iones de calcio en comparación con el litio hacen que sea muy difícil introducir iones de calcio en los electrodos de la batería. Resolvemos este problema desarrollando una clase especial de materiales llamados óxidos de molibdeno y vanadio, que contienen grandes canales o túneles hexagonales y heptagonales que atraviesan el material”.
El equipo demostró que los iones de calcio se pueden introducir y extraer rápidamente del material, utilizando estos túneles para actuar como «conductos» para el transporte de iones rápido y reversible, y los resultados muestran que MoVO ofrece uno de los mejores rendimientos encontrados para el almacenamiento hasta la fecha. Se han informado iones de calcio.
«Las baterías de iones de calcio podrían algún día, en un futuro no muy lejano, reemplazar la tecnología de iones de litio como la química de baterías preferida que impulsa a nuestra sociedad», dijo el Dr. Koratkar. “Este trabajo puede conducir a una nueva clase de baterías a base de calcio de alto rendimiento que utilizan materiales seguros y abundantes en la tierra y, por lo tanto, son asequibles y sostenibles. Dichas baterías podrían usarse ampliamente en dispositivos electrónicos portátiles y de consumo, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable y de red”.
