Desde septiembre de 2022, el instituto alemán DLR Stuttgart coordina una iniciativa para determinar el potencial de las baterías de calcio-azufre (Ca-S) para que puedan convertirse en una alternativa las de iones de litio. El proyecto CaSino cuenta con la participación de un consorcio formado por cinco instituciones de investigación, dos empresas industriales y un consejo asesor industrial y está siendo financiado con tres millones de euros por el Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (BMBF).
Litio frente a calcio
En comparación con las baterías de iones de litio, la batería Ca-S ofrece una serie de ventajas, pero también plantea algunos desafíos para los investigadores. El litio es un elemento perfecto para funcionar en una celda electroquímica: combina su alta capacidad de almacenamiento y su alto voltaje de funcionamiento con una gran facilidad para la migración de los iones. El resultado son baterías compactas y cargas y descargas rápidas. Sin embargo, los sistemas basados en litio tienen un mayor riesgo de incendio por la formación de dendritas durante la carga, que pueden llegar a provocar cortocircuitos internos
Por otro lado, los depósitos de litio en la tierra son limitados y no están disponibles en todos los continentes. Además, los procedimientos mineros para su extracción son controvertidos y su reciclaje exige un alto coste económico. Sin embargo, el calcio es un metal multivalente como el aluminio, el magnesio o el zinc. Las reservas de litio representan tan solo el 0,002 % de la corteza terrestre, lo que las hace costosas y escasas. Mientras que el calcio es 10.000 veces más abundante que el litio, lo que lo postula como un candidato muy interesante para sustituirlo.
La base de la investigación
A pesar de que, hasta la fecha, las baterías de calcio no han sido las más consideradas por parte de los investigadores, la gran disponibilidad del material, su capacidad y su potencial redox lo convierten en un candidato prometedor. Al menos en teoría, puede ofrecer un rendimiento similar en una batería al que ofrece el litio, aunque en la práctica, todavía necesita algunos ajustes.
El mayor desafío en el uso del calcio es su reactividad y la formación de capas superficiales, ya sea en contacto con el aire o con la humedad, o incluso con el electrolito utilizado en la batería. A largo plazo, estas superficies oxidadas bloquean la difusión de los iones, lo que impide una carga y descarga eficientes. Por lo tanto, según el DLT, es clave el desarrollo de un electrolito compatible, además de prevenir el bloqueo del ánodo de calcio por los polisulfuros solubles generados por el cátodo de azufre.
El proyecto se centrará en el desarrollo de materiales innovadores, acompañado de investigaciones experimentales, métodos analíticos avanzados y un extenso trabajo de modelado. El objetivo fijado para sus tres años de duración es lograr un progreso significativo en la estabilidad del ciclado de carga y descarga y en la densidad de energía.
