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Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford en California,
han diseñado un electrodo con nanopartículas de silicio agrupadas como
semillas de una granada.
"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 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.
Es de destacar que las baterías de Ion Litio tienen la particularidad de
poder explosionar en condiciones ambientales adversas, cuestión por la
cual resulta imprescindible la realización de pruebas de laboratorio
mediante el uso de cámaras climáticas especiales.
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