Desarrollar baterías de calcio que compitan con las de litio.
Eso es lo que investiga Jean-Yves Sánchez en el marco de CONEX, un programa de atracción de talento para contratar investigadores experimentados internacionales que está financiado por la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), la Unión Europea (acciones Marie Curie del programa People del Séptimo Programa Marco), el Ministerio de Economía y Competitividad y el Banco Santander.
Es autor de más de 140 artículos científicos y 43 patentes internacionales, ha dirigido 32 tesis doctorales y liderado tres proyectos europeos y más de una decena de proyectos nacionales y regionales en el ámbito de la energía electroquímica. ¿En qué consiste su proyecto de investigación? El proyecto ACABA (Advanced CAlcium BAtteries) trata de desarrollar baterías de calcio que compitan con las de litio.
Para ello se pretende mantener estrechas colaboraciones entre laboratorios españoles y franceses.
El proyecto se ajusta a los retos actuales de mejora en la gestión de la energía limpia y de su almacenamiento. Pero, ya existen baterías de calcio en el mercado, ¿no? Sí, existen pilas de calcio, pero no se recargan.
El objetivo del proyecto ACABA es precisamente desarrollar una batería de calcio que sí se pueda recargar sin problemas. ¿Qué problema tienen las baterías convencioales? Las baterías de ion-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, se espera que su precio aumente al aumentar el número de baterías en el mercado.
Por ello la búsqueda de sistemas alternativos es necesaria. ¿Y qué ventajas tienen las baterías de calcio? A pesar de que hasta la fecha, las baterías de calcio no han sido consideradas, sin embargo, la gran disponibilidad de calcio, su capacidad y su potencial redox las convierten en un candidato prometedor.
Además, se podrían obtener capacidades similares a las baterías de litio o, quizás, más altas. ¿Qué es el potencial redox? Es el potencial electroquímico de reducción-oxidación.
Para que exista una reacción redox, debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte.
En el caso del calcio el potencial estándar del calcium: Ca => Ca2+ + 2 e- es cerca de 2,8 V vs ESH ¿Qué hace falta para construir una batería de calcio? Tan solo resultan necesarios unos electrodos negativos, otros positivos y sales de calcio.
El calcio, en su forma iónica, es el quinto elemento y tercer metal más abundante en masa en la corteza terrestre, en el carbonato de calcio o el yeso, por ejemplo.
Además, también se encuentra disuelto en el mar o en el interior de nuestro organismo en nuestros huesos. ¿Qué aplicaciones podrían tener estas baterías de calcio? Pues se podrían utilizar de manera similar a como se hace con las de ion-litio, es decir, en la industria del automóvil, en electrónica y móviles inteligentes, en baterías estacionarias de redes eléctricas inteligentes (Smart Grids), en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS, por sus siglas en inglés), etc. ¿Qué otro tipo de baterías alternativas se están desarrollando? Internacionalmente son numerosos los laboratorios que buscan soluciones alternativas a las baterías de ion-litio.
Las baterías de sodio, por ejemplo, son conocidas desde hace cerca de cuarenta años, pero los investigadores están revisando el tema.
Además, hay otras opciones interesantes, como las baterías de magnesio o la investigación sobre nuevos electrolitos que está desarrollando Toyota, por ejemplo. ¿Qué metodología piensa plantear en su investigación? Lo primero es desarrollar nuevos electrolitos poliméricos y líquidos para obtener una buena interfaz con el calcio metálico que permite un funcionamiento reversible de este electrodo.
Si no se puede, volveremos a otras alternativas para el electrodo negativo.
De hecho, ya he realizado una propuesta a la Agencia Nacional de Investigación francesa (ANR, por sus siglas en francés) que ha pasado la primera etapa de selección.
El proyecto se llama Pioneering calcium Batteries" y he involucrado en este trabajo a la UC3M. ¿Con qué investigadores de la UC3M colabora? En la actualidad, sobre todo trabajo con el grupo del catedrático Alejandro Várez Álvarez (el director del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la UC3M), además de colaborar con el profesor Juan Baselga (también catedrático de este departamento), a través de un proyecto europeo Marie Curie que estoy proponiendo.
En este sentido, la universidad hace muchos esfuerzos, a través de los programas de Cátedras de Excelencia y de CONEX, para mejorar el nivel de investigación. ¿Qué es lo más complicado a la hora de abordar este reto? En este caso concreto, falta trabajar en un medio muy anhidro, que no contenga agua.
Todavía no tenemos una caja seca y si la compramos resulta complicado poder ubicarla, por la superficie limitada de los laboratorios. ¿Qué le aporta investigar en la UC3M? Es un cambio respecto a hacerlo en Francia.
Allí estaba ocupando una cátedra como profesor de clase excepcional en el Instituto Politécnico de Grenoble y dirigía un grupo de unos 24 investigadores, seis de los cuales eran personal permanente.
En España, la estructura de investigación es muy diferencia a la de Francia.
Y al estar en el departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la UC3M, donde hay investigadores de diferentes especialidades, se favorecen colaboraciones importantes en un campo donde resultan necesarias muchas competencias. Parece un campo en expansión, ¿no? El tema de los materiales para la energía es muy importante en Europa y en todo el mundo y creo que cada año va a incrementarse su financiación.
La UC3M tiene el potencial para tomar una posición de excelencia en Europa y esa es una de mis ambiciones.
Pero si no tenemos más espacio y más seguridad en los laboratorios, no lo podremos conseguir. Si solventan estos problemas, ¿cuándo podrían conseguir esa batería de calcio? Si se trata de una pila con buenas prestaciones, creo que se podría obtener dentro de tres años.
Y si hablamos de baterías que se recarguen, diría que se podría obtener un prototipo dentro de tres o cuatro años, pero con un electrodo positivo que sea una alternativa al calcio metálico.