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Las diminutas partículas de silicio podrían alimentar las baterías de ión litio con 10 veces más capacidad
Jan 19, 2019

Las diminutas partículas de silicio podrían alimentar las baterías de iones de litio con 10 veces más capacidad

 

15 de enero de 2019 por Katie Willis, Universidad de Alberta

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Los químicos de U of A Jillian Buriak (en la foto), Jonathan Veinot y su equipo encontraron que las partículas de silicio de tamaño nanométrico superan la limitación de usar silicio en baterías de ion litio. El descubrimiento podría llevar a una nueva generación de baterías con 10 veces la capacidad de las baterías de ion litio actuales. Crédito: John Ulan

 

Los químicos de la Universidad de Alberta han dado un paso crítico hacia la creación de una nueva generación de baterías de ion litio basadas en silicio con 10 veces la capacidad de carga de las celdas actuales.

"Queríamos probar cómo los diferentes tamaños de las nanopartículas de silicio podrían afectar la fractura dentro de estas baterías", dijo Jillian Buriak, química de la UA y catedrática de investigación de Canadá en Nanomaterials for Energy.

 

Silicon se muestra prometedor para construir baterías de mayor capacidad porque es abundante y puede absorber mucho más litio que el grafito que se usa en las baterías actuales de ion litio. El problema es que el silicio es propenso a fracturarse y romperse después de numerosos ciclos de carga y descarga, ya que se expande y se contrae a medida que absorbe y libera iones de litio.

 

Las investigaciones existentes muestran que la conformación del silicio en partículas, cables o tubos de nanoescala ayuda a evitar que se rompa. Lo que Buriak, colega del químico U de Jonathan Jonathan Veinot y su equipo querían saber era qué tamaño debían tener estas estructuras para maximizar los beneficios del silicio y minimizar los inconvenientes.

 

Los investigadores examinaron nanopartículas de silicio de cuatro tamaños diferentes, dispersas uniformemente en aerogeles de grafeno altamente conductores, hechos de carbono con poros nanoscópicos, para compensar la baja conductividad del silicio. Descubrieron que las partículas más pequeñas (solo tres mil millonésimas de metro de diámetro) mostraban la mejor estabilidad a largo plazo después de muchos ciclos de carga y descarga.

 

"A medida que las partículas se hacen más pequeñas, descubrimos que son más capaces de manejar la tensión que se produce cuando el silicio" respira "después de la aleación y la venta de litio , después del ciclo", explicó Buriak.

 

La investigación tiene aplicaciones potenciales en "cualquier cosa que dependa del almacenamiento de energía usando una batería", dijo Veinot, quien es el director del programa de capacitación para estudiantes de posgrado de ATUMS que apoyó parcialmente la investigación.

 

"Imagine que un automóvil tiene la misma batería de tamaño que un Tesla que podría viajar 10 veces más lejos o que carga 10 veces menos frecuentemente, o que la batería es 10 veces más liviana".

 

Veinot dijo que los próximos pasos son desarrollar una forma más rápida y menos costosa de crear nanopartículas de silicio para que sean más accesibles para los desarrolladores de la industria y la tecnología.

 

El estudio, "Tamaño y efectos superficiales de los nanocristales de silicio en ánodos compuestos de aerogel de grafeno para baterías de iones de litio", se publicó en Chemistry of Materials .

 

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Más información: Maryam Aghajamali et al. Tamaño y efectos superficiales de nanocristales de silicio en ánodos compuestos de aerogel de grafeno para baterías de ión litio, química de materiales (2018). DOI: 10.1021 / acs.chemmater.8b03198