Mejora en las baterías de iones de litio

Las baterías recargables de iones de litio proporcionan energía a dispositivos portátiles, tales como teléfonos móviles, cámaras digitales, ordenadores portátiles, etcétera. Sin embargo, su capacidad y, por tanto, el tiempo de funcionamiento de los dispositivos, siguen siendo algo limitado. La razón de ello es la relativa pequeña capacidad de los ánodos de grafito en estas baterías para absorber los iones de litio. Un equipo de ingenieros dirigido por Jaephil Cho en la Universidad de Hanyang en Corea, han desarrollado un nuevo material para ánodos, lo que podría abrir un claro camino hacia una nueva generación de baterías recargables.

El acumulador en este tipo de baterías usadas en la actualidad producen corriente a través del movimiento de los iones de litio. La batería por lo general contiene un cátodo (electrodo positivo) de una mezcla de óxido de metal, tales como el óxido de cobalto de litio, y un ánodo (electrodo negativo) de grafito. Mientras que la batería se está cargando, migra los iones de litio en el ánodo, donde se almacenan entre las capas de grafito. Cuando la batería está descargada, estos iones vuelven a migrar a los cátodos.

Sería positivo tener un material anódico que pudiese almacenar más iones de litio en grafito, para ello el silicio se presenta como una alternativa interesante. El problema: el silicio se expande mucho durante la absorción de los iones de litio en carga, y se contraen cuando se encuentran en descarga. Después de varios ciclos, las capas delgadas de silicio se pulverizan, imposibilitando su carga.

El equipo de ingenieros ha desarrollado un nuevo método para la producción de un ánodo de silicio poroso que pueda soportar esta tensión. Para ello, tratan al dióxido de silicio mediante nanopartículas de carácter ultraperiféricas en los átomos de silicio, obteniendo así cadenas cortas de hidrocarburos que se forman a 900°C bajo una atmósfera de argón. Las partículas de dióxido de silicio son retiradas de la masa resultante por el grabado. Posteriormente los cristales de silicio son revestido de carbono en un proceso continuo, tridimensional, convirtiéndose en una estructura muy porosa.

Los ánodos de este silicio altamente poroso, tienen una alta capacidad de carga de iones de litio, propiciando que sean rápidamente transportados y almacenados, por lo que su carga es realmente rápida, alcanzando además una alta corriente. Los cambios en el volumen que se producen en la carga y descarga sólo causa un pequeño grado de aumento y disminución en las paredes de los poros, que tienen un espesor de menos de 70 nm. Así mismo, el primer ciclo de carga se traduce en un silicio amorfo (nanocristalino) con una masa residual alrededor de los nanocristales en el poro de las paredes. Por consiguiente, incluso después de 100 ciclos, la tensión en la pared de los poros no es perceptible en el material.

Más información: Universidad de Hanyang