Un proyecto alemán estudia las pilas de calcio-azufre
En Alemania, un proyecto llamado CaSino pretende determinar el potencial de las baterías de calcio-azufre como alternativa a las de iones de litio. El proyecto está financiado por el Gobierno Federal alemán con 3 millones de euros y se puso en marcha en septiembre de 2022.
El proyecto se ha fijado ahora el objetivo de lograr avances significativos en cuanto a la estabilidad del ciclo y la densidad energética de las pilas de calcio-azufre (Ca-S) mediante el desarrollo de materiales innovadores. Cinco instituciones de investigación, dos empresas industriales y un consejo asesor industrial participan en el proyecto de tres años coordinado por el Instituto de Termodinámica Técnica del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Stuttgart.
Aunque el DLR considera que la pila de Ca-S presenta una serie de ventajas, esta química celular también plantea retos a los investigadores. Para que se convierta en una alternativa a las baterías de litio, cualquier química de baterías debe cumplir unos requisitos muy exigentes. El litio combina una gran capacidad de almacenamiento de corriente y tensión celular con una rápida migración de iones, lo que permite que las baterías sean compactas y se carguen y descarguen con rapidez. Según el DLR, el litio representa "en muchos aspectos el elemento perfecto para una pila electroquímica". Las desventajas, por otro lado, también son bien conocidas: el riesgo de incendio en caso de cortocircuito, los limitados yacimientos de litio que no están disponibles en todos los continentes, con una minería controvertida y costosos procesos de reciclaje.
El calcio, en cambio, es 400 veces más abundante que el litio, lo que lo hace menos caro, y se encuentra en la mayoría de las regiones del mundo. Al igual que el litio, el calcio tiene una capacidad de almacenamiento y un voltaje de célula elevados. La química del calcio también es más segura en términos de cortocircuitos, ya que no forma las típicas dendritas durante el funcionamiento (que es lo que hace que las pilas de litio sean potencialmente inflamables).
Dicho esto, el calcio como material para pilas no está exento de inconvenientes. El calcio es muy reactivo y, por tanto, tiende a formar capas superficiales, ya sea en contacto con el aire o la humedad o incluso con el electrolito utilizado en la pila. Si la superficie de calcio se oxida, bloquea la difusión de iones e impide así una carga y descarga eficaces.
Precisamente por ello, el desarrollo de un electrolito compatible adquiere una función clave en el proyecto CaSino. El problema adicional que hay que superar, según el DLR, es el uso de un cátodo de azufre, que genera polisulfuros solubles que también pueden bloquear el ánodo de Ca. Este es otro efecto que hay que evitar.
Además del DLR, participan como instituciones de investigación el KIT, el Instituto de Investigación de Metales Preciosos + Química de Metales (fem) de Schwäbisch Gmünd, el Instituto de Ciencias Naturales y Médicas (NMI) y el Instituto de Electroquímica de la Universidad de Ulm. Los socios industriales del proyecto son IoLiTec Ionic Liquid Technologies GmbH, con sede en Heilbronn y especializada en líquidos iónicos, y EurA AG, una empresa de consultoría en tecnología, innovación y sostenibilidad que opera en toda Europa.
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