El silicio, ¿clave para unas baterías de ión litio con 10 veces más capacidad?

Científicos químicos de University of Alberta han dado un paso crítico hacia la creación de una nueva generación de baterías de ión litio basadas en silicio, con diez veces la capacidad de carga de las actuales.

«Queríamos probar cómo los diferentes tamaños de las nanopartículas de silicio podían afectar al fracturado dentro de esas baterías”, asegura Jillian Buriak, química de la UA y catedrática de investigación en Canadá en aplicaciones energéticas de los nanomateriales.

El silicio se muestra prometedor para la construcción de baterías de mucha más alta capacidad que las actuales, porque es abundante y puede absorber mucho más litio que el grafito utilizado en las actuales baterías de ión litio. El problema es que el silicio es propenso a la fractura y a la rotura tras numerosos ciclos de carga y descarga, porque se expande y contrae a medida que absorbe y libera iones de litio.

Las investigaciones existentes muestran que conformar el silicio en partículas, cables o tubos a nanoescala ayuda a prevenir la rotura. Lo que Buriak, su colega químico Jonathan Veinot y su equipo de científicos querían saber era qué tamaño necesitaban estas estructuras para maximizar los beneficios del silicio y minimizar sus inconvenientes. Los investigadores examinaron nanopartículas de silicio de diferentes tamaños, dispersados de forma uniforme con aerogeles de grafeno altamente conductivos, hechos de carbono con poros nanoscópicos, para compensar la baja conductividad del silicio. Hallaron que las partículas más pequeñas -con un diámetro de 3.000 millonésimas de metro- mostraban la mejor estabilidad en el tiempo tras muchos ciclos de carga y descarga.

«Descubrimos que a medida que las partículas se hacen más pequeñas son más capaces de manejar la tensión que tiene lugar a medida que el silicio descansa tras el ciclo de carga”, comenta Buriak.

La investigación tiene potenciales aplicaciones en “cualquier cosa que necesite almacenamiento de energía a través de una batería”, afirma Veinot, director del programa de capacitación para estudiantes de posgrado de ATUMS, que apoyó parcialmente la investigación. «Imagine un coche que tuviera el mismo tamaño que un Tesla y pudieras conducirlo diez veces más lejos sin repostar o que su batería fuera diez veces más liviana”.

Veinot comenta también que los siguientes pasos consisten en desarrollar una forma más rápida y barata de crear nanopartículas de silicio, para hacerlas más accesibles a la industria y a los desarrolladores de tecnología.

El estudio, bajo el título «Size and Surface Effects of Silicon Nanocrystals in Graphene Aerogel Composite Anodes for Lithium Ion Batteries», ha sido publicado en la revista Chemistry of Materials.

Fuente: Chemistry of Materials.