La granada inspira una nueva generación de baterías de ion-litio

Un electrodo diseñado como una granada -con nanopartículas de silicio agrupadas como semillas en una corteza de carbono dura- ha conseguido superar varios obstáculos para el uso de silicio en una nueva generación de baterías de iones de litio, según sus inventores en la Universidad de Stanford y el National Accelerator Laboratory SLAC.

"Este diseño nos acerca más a la utilización de ánodos de silicio en baterías más pequeñas, más ligeras y más potentes para productos como teléfonos móviles, tablets y coches eléctricos ", dijo Yi Cui , profesor asociado en Stanford, que dirigió la investigación, publicada en Nature Nanotechnology .

"Los experimentos mostraron nuestra granada inspirada en ánodos (la imagen adjunta es una recreación artística, no la batería) opera al 97 por ciento de capacidad, incluso después de 1.000 ciclos de carga y descarga, lo que lo coloca dentro del rango deseado para la operación comercial", explica.

El ánodo o electrodo negativo es donde se almacena la energía cuando una batería se carga. Los ánodos de silicio pueden almacenar 10 veces más carga que los ánodos de grafito en las baterías de iones de litio recargables de hoy en día, pero también tienen desventajas importantes: el silicio es frágil y se deshace durante la carga de la batería y reacciona con el electrolito de la batería para formar suciedad que recubre el ánodo y degrada su rendimiento.

Durante los últimos ocho años, el equipo de Cui ha abordado este problema utilizando nanocables de silicio o nanopartículas que son demasiado pequeños para romperse en pedazos aún más pequeños y que encierran las nanopartículas en "cáscaras de yema" de carbono que les dan espacio para hincharse y contraerse durante la carga.

El nuevo estudio se basa en ese trabajo. El estudiante de posgrado Nian Liu y el investigador postdoctoral Zhenda Lu utilizaron una técnica común en la microemulsión de aceite, pintura y cosmética para recoger conchas de yema de silicio en grupos, y se recubrieron con una segunda capa más gruesa de carbono. Estas cortezas de carbono muestran agrupaciones como las de las semillas de granada y proporcionan una vía robusta para las corrientes eléctricas.

Y puesto que cada grupo de granada tiene sólo una décima parte del área de la superficie de las partículas individuales dentro de ella , un área mucho más pequeña está expuesta al electrolito, reduciendo de este modo la cantidad de suciedad que se forma.

Aunque los grupos son demasiado pequeños para verse individualmente, juntos forman un polvo negro fino que se puede utilizar para recubrir una pieza de papel de aluminio y formar un ánodo. Las pruebas de laboratorio mostraron que los ánodos de granada funcionaron bien cuando se hace en el espesor requerido para el funcionamiento de la batería comercial.

El equipo tendrá que resolver aún dos problemas más para que este producto sea viable a escala comercial: Necesitan para simplificar el proceso y encontrar una fuente más barata de nanopartículas de silicio.