Principia

A medida que las baterías se vuelven cada vez más indispensables para la vida cotidiana, se hace necesario que tengan un mayor rendimiento y menor coste. Las habituales baterías de iones de litio con grafito requieren un cambio para mejorar sus características. El material futuro a sustituirle sería el silicio. Este metal tiene la capacidad de almacenar diez veces la carga eléctrica que almacena por gramo el grafito, pero al unirse con litio se expande y es débil para soportar la presión necesaria en la fabricación de electrodos.

Investigadores del Laboratorio nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) en Washington han desarrollado un diseño con nanoestructuras porosas que permite limitar la expansión y al mismo tiempo lo hace más fuerte para soportar la presión, solucionando así los inconvenientes del silicio.

La nanoestructura diseñada está formada por nanotubos de carbono recubiertos de óxido de silicio. A estos después se les emulsiona con aceite y agua, y posteriormente se los lleva a ebullición. El enfriamiento después de la ebullición provoca la condensación de los nanotubos en esferas. A estas se les añade aluminio y se aumenta la temperatura, lo que provoca la trasformación del óxido de silicio en silicio. Finalmente se usa un baño en ácido para eliminar las sustancias restantes no necesarias. El resultado son nanoesferas de silicio de unos ocho micrómetros de diámetro, comparable al tamaño de un glóbulo rojo. La nanoesfera funciona a modo de estructura dura que contiene al silicio y le permite la expansión en su interior.

En la experimentación con el material se comprobó que un electrodo con nanoesferas de silicio, al acumular el doble de carga que en un ánodo de grafito solo aumentaba en menos de un veinte por ciento su grosor. Además de mostrar una resistencia mecánica patente.

La investigación, que ha sido publicada en la revista Nature Communications, augura un futuro prometedor a este material para aplicaciones en las baterías en un futuro próximo en el procesamiento industrial. Además, proponen un mayor estudio del material para hacerlo más económico y aplicable a todo tipo de dispositivos electrónicos, incluso para los automóviles eléctricos.

Referencia :

H. Jia et al. 2020. Hierarchical porous silicon structures with extraordinary mechanical strength as high-performance lithium-ion battery anodes. Nature Communications.