Son numerosas las investigaciones en búsqueda de la tecnología óptima que sustituirá a las baterías de litio de los coches eléctricos de la generación actual. Una de las líneas de investigación que se sigue es el reemplazo del litio, que es poco abundante en la corteza terrestre, por calcio. Al igual que en los de litio, los cátodos de calcio requieren de otros componentes químicos que optimicen el rendimiento de la batería. Para acelerar esta selección, desde Corea, un equipo ha empleado simulaciones mecánicas cuánticas para identificar las opciones más prometedoras.
Las baterías de iones de litio son actualmente los principales sistemas de almacenamiento electroquímico en dispositivos electrónicos y en el ámbito creciente del transporte. Los recursos de litio son, sin embargo, limitados y están ubicados en zonas políticamente conflictivas. Además, como era de esperar, su precio está aumentando situándose actualmente en sus máximos históricos, dada la alta demanda de baterías en el mercado. Por ello la búsqueda de sistemas alternativos es necesaria. Las reservas de litio representan tan solo el 0,002 % de la corteza terrestre, lo que las hace costosas y escasas. Mientras tanto, el calcio es 10.000 veces más abundante que el litio, lo que lo convierte en un candidato muy interesante para sustituirlo.
Además de buscar materiales que resuelvan el problema de la escasez del litio, también existen otros requisitos como mejorar la densidad de energía por celda y reducir el coste de las baterías sin renunciar a su seguridad. 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 calcio, su capacidad y su potencial redox les hacen 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. Actualmente, otras investigaciones otras equipos investigan el uso de otros metales alcalinos, también abundantes, para reemplazar el litio.
Con tantos factores en juego, el Profesor Asistente Haesun Park de la Universidad Chung-Ang, Corea, junto a su equipo de investigadores, ha elaborado y publicado un estudio para buscar la mejor combinación de materiales para un cátodo a base de calcio. En base a él, se podrán reducir en parte el esfuerzo en inversión económica y en tiempo que exige la experimentación metódica con cátodos reales.
El equipo adoptó un enfoque sistemático, lo que implicaba ejecutar simulaciones mecánicas cuánticas basadas en la teoría funcional de la densidad. Es decir, en lugar de pruebas prácticas repetidas con infinitas combinaciones de materiales, el equipo buscó la manera de predecir las propiedades más relevantes para la batería que se obtendrían con el empleo de diferentes materiales y óxidos de metales de transición que, dispuestos en capas, acompañan al calcio.
Por ahora, y como resultado de sus trabajos, el equipo ha elaborado una lista de 28 cátodos candidatos, así como cuatro tipos de estructuras en capas y siete iones de metales de transición. Gracias a estas conclusiones, las futuras investigaciones tendrán un punto de partida para arrancar la formulación de cátodos experimentales con ciertas garantías de éxito en sus resultados.
