Diseño inspirado en la granada resuelve problemas de baterías iones de litio

Diseño inspirado en la granada resuelve problemas de baterías iones de litio

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Nanopartículas de silicio agrupadas como semillas de granada en una corteza de carbono duro, protegen la batería del deterioro en cada recarga.

Utilizar nanopartículas de silicio agrupadas como semillas de granada al interior de una corteza de carbono tieso, ha demostrado superar el problema del uso de silicio en la nueva generación de baterías de iones de litio, según dicen inventores de la Universidad de Stanford y del Departamento de Energía del  Laboratorio Acelerador Nacional (SLAC).

"Los experimentos mostraron que el ánodo granada opera a 97% de su capacidad, incluso luego de 1.000 ciclos de carga y descarga, lo que lo coloca dentro del rango deseado para la operación comercial." Dijo Yi Cui, profesor asociado en la Universidad de Stanford y en el SLAC, quien dirigió la investigación, publicada en la revista Nature Nanotechnology.

El ánodo o electrodo negativo, es donde se almacena la energía cuando se carga una batería . Los ánodos de silicio pueden almacenar 10 veces más carga que los ánodos de grafito de las actuales baterías de iones de litio, pero tienen la desventaja de la fragilidad del silicio, el cual se desmorona durante la carga y luego reacciona con el electrolito de la batería formando una suciedad que recubre el ánodo, degradando así el rendimiento.

(cc)

(cc) Nian Liu, Zhenda Lu and Yi Cui/Stanford

En la figura de arriba, las nanopartículas de silicio están encerradas como en “cáscaras de huevo” hechas de carbono y agrupadas como semillas de granada. Cada racimo está cubierto sw una corteza de carbono que lo mantiene firme, y que a la vez conduce la electricidad y reduce al mínimo las reacciones con el electrolito de la batería.

El investigador postdoctoral Zhenda Lu y un estudiante de postgrado utilizaron una técnica particular para lograr la estructura. Cada racimo de granada tiene sólo la décima parte del área de la superficie de las partículas individuales, lo que implica un área mucho más pequeña expuesta al electrolito, reduciendo considerablemente la cantidad de suciedad que se forma.

Si bien estos experimentos resultaronexitosos, se tendrá que resolver 2 problemas para que resulte viable a escala comercial: Primero, simplificar el proceso, y segundo, encontrar una fuente más económica de nanopartículas de silicio. Una fuente posible podría ser la cáscara de arroz que contiene 20% de dióxido de silicio en peso. Según Yi Liu, las cáscara de arroz podríanh ser transformadas en nanopartículas de silicio con relativa facilidad.

Link: SLAC

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