Pila de iones de calcio, ¿sustituta de la de iones de litio?

El litio es un elemento químico que escasea en el planeta. Como consecuencia de ello, el precio de este recurso ha aumentado drásticamente en los últimos años. Esto y algunos problemas de seguridad de las pilas de iones de litio hacen deseable buscar una alternativa a estas populares pilas eléctricas.

El equipo de Nikhil Koratkar, del Instituto Politécnico Rensselaer de Estados Unidos, ha llegado a la conclusión de que los iones de calcio podrían utilizarse como alternativa a los iones de litio en las baterías debido a su abundancia y bajo coste.

Koratkar y sus colegas ya están trabajando en una química de baterías barata, abundante, segura y sostenible que utiliza iones de calcio en un electrolito líquido a base de agua.

El ion de calcio es divalente, por lo que una inserción de iones entregará dos electrones por ion durante el funcionamiento de la pila. Esto permite obtener una batería muy eficiente con una masa y un volumen reducidos. Sin embargo, en el caso del calcio tanto la carga iónica como el tamaño de los iones son mayores que en el caso del litio. Y esto hace que sea muy difícil insertar los iones de calcio en los electrodos de la batería. El equipo de Koratkar superó este problema desarrollando una clase especial de materiales, esencialmente óxidos de vanadio y molibdeno, que contienen grandes canales o túneles de forma hexagonal y heptagonal que recorren el material.

El equipo demostró que los iones de calcio pueden introducirse y extraerse rápidamente del material, actuando estos túneles como conductos para el transporte reversible y rápido de iones. Los resultados indican que los óxidos de vanadio y molibdeno ofrecen uno de los mejores rendimientos registrados hasta la fecha para el almacenamiento de iones de calcio.

Las pilas eléctricas recargables empleadas hoy en día, incluyendo la de iones de litio, se enfrentan a limitaciones que las pilas de nueva tecnología no tendrán. (Imagen: Amazings / NCYT)

Las baterías de iones de calcio podrían sustituir algún día, quizás no muy lejano, a las de iones de litio y convertirse en uno de los principales sistemas de almacenamiento energético de la civilización humana, tal como aventura Koratkar. Estas baterías podrían tener un uso generalizado en la electrónica portátil destinada al gran público, así como en los vehículos eléctricos y en el almacenamiento a gran escala de energía limpia en centrales eléctricas para su distribución por la red de suministro.

Koratkar y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), bajo el título “Reversible and rapid calcium intercalation into molybdenum vanadium oxides”. (Fuente: NCYT de Amazings)