Existem inúmeras investigações em busca de tecnologia ideal que irá substituir as baterias de lítio dos carros elétricos da geração atual. Uma das linhas de pesquisa seguidas é a substituição do lítio, escasso na crosta terrestre, pelo cálcio. Como no lítio, cátodos de cálcio eles requerem outros componentes químicos que otimizam o desempenho da bateria. Para agilizar essa seleção, da Coreia, uma equipe utilizou simulações de mecânica quântica para identificar as opções mais promissoras.
As baterias de íons de lítio são atualmente os principais sistemas de armazenamento eletroquímico em dispositivos eletrônicos e no crescente campo de transporte. Os recursos de lítio são, no entanto, limitados e localizados em áreas politicamente controversas. Além disso, como esperado, seu preço está aumentando atualmente em seus máximos de todos os tempos , dada a alta demanda por baterias no mercado. Portanto, a busca por sistemas alternativos se faz necessária. As reservas de lítio representam apenas o 0,002% da crosta terrestre, tornando-os caros e raros. Enquanto isso, o cálcio é 10.000 vezes mais abundante que o lítio o que o torna um candidato muito interessante para substituí-lo.
Além de buscar materiais que resolvam o problema da escassez de lítio, também existem outras exigências como melhorar a densidade de energia por célula e reduzir o custo das baterias sem abrir mão da sua segurança. Apesar de até hoje as baterias de cálcio não terem sido as mais consideradas pelos pesquisadores, o alta disponibilidade de cálcio, sua capacidade e seu potencial redox os tornam um candidato promissor. Pelo menos em teoria, pode oferecer desempenho semelhante em uma bateria ao oferecido pelo lítio, embora na prática ainda precise de alguns ajustes. Atualmente, outras investigações equipes investigam o uso de outros metais alcalinos, também abundantes, para substituir o lítio.
Com tantos fatores em jogo, o professor assistente Haesun Park, da Universidade Chung-Ang, Coréia, juntamente com sua equipe de pesquisadores, preparou e publicou um estudo procurar o melhor combinação de materiais para um cátodo à base de cálcio. Com base nisso, o esforço em investimento econômico e o tempo exigido pela experimentação metódica com cátodos reais podem ser parcialmente reduzidos.
A equipe adotou um abordagem sistemática, que envolveu a execução de simulações de mecânica quântica com base na teoria do funcional da densidade. Ou seja, ao invés de repetidos testes práticos com infinitas combinações de materiais, a equipe buscou uma forma de prever as propriedades mais relevantes para a bateria que seria obtida com a utilização de diferentes materiais e óxidos de metais de transição que, dispostos em camadas, acompanham o cálcio.
Para já, e fruto do seu trabalho, a equipa elaborou uma lista de 28 cátodos candidatos, bem como quatro tipos de estruturas em camadas e sete íons de metais de transição. Graças a essas conclusões, pesquisas futuras terão um ponto de partida para iniciar o formulação de cátodos experimentais com certas garantias de sucesso em seus resultados.