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(noticias nanowerk) Los avances futuristas en inteligencia artificial y atención médica estuvieron en el centro de atención en el espectáculo tecnológico que fue el Consumer Electronics Show (CES) de 2024. Sin embargo, el factor crucial en el centro de estas innovaciones es la tecnología de baterías, que permite una mayor eficiencia energética. Lo importante es que esta tecnología se utiliza con mayor intensidad en los vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos actuales pueden recorrer unos 700 kilómetros con una sola carga, mientras que los investigadores apuntan a una autonomía de la batería de 1.000 kilómetros.
Los investigadores están explorando intensamente el uso del silicio, conocido por su alta capacidad de almacenamiento, como material anódico en baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Pero a pesar de su potencial, la aplicación práctica del silicio sigue siendo un misterio que los investigadores todavía están trabajando arduamente para resolver.
Entran el profesor Soojin Park, el estudiante de doctorado Minjun Je y el Dr. Hye Bin Son del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH). Han descifrado el código y desarrollado un sistema de batería de iones de litio de alta densidad de energía de próxima generación, sólido como una roca y fácil de usar, que utiliza partículas de microsilicio y electrolitos de polímero en gel.
Este trabajo fue publicado en ciencia avanzada (“Formulación de enlaces covalentes inducidos por haz de electrones para un ánodo de micropartículas de silicio estable y de alta densidad de energía”).
El uso de silicio como material de batería presenta desafíos: se expande más de tres veces durante la carga y se contrae a su tamaño original cuando se descarga, lo que tiene un impacto significativo en la eficiencia de la batería. Utilizando silicio de tamaño nanométrico (10-9 m) resuelve parcialmente el problema, pero el exigente proceso de producción es complejo y astronómicamente caro, lo que la convierte en una medida presupuestaria desafiante.
Por el contrario, el silicio tiene un tamaño micro (10-6m ) es extremadamente práctico en términos de costo y densidad de energía. Sin embargo, el problema de la expansión de las partículas de silicio más grandes aumenta durante el funcionamiento de la batería, lo que limita su uso como material anódico.
El equipo de investigación utilizó electrolitos de polímeros en gel para desarrollar un sistema de batería económico pero estable a base de silicio. El electrolito de una batería de iones de litio es un componente crucial que facilita el movimiento de iones entre el cátodo y el ánodo. A diferencia de los electrolitos líquidos tradicionales, los electrolitos en gel existen en estado sólido o gel y se caracterizan por una estructura polimérica elástica que tiene mejor estabilidad que sus homólogos líquidos.
El equipo de investigación utilizó un haz de electrones para crear enlaces covalentes entre partículas de microsilicio y electrolitos en gel. Estos enlaces covalentes sirven para disipar las tensiones internas creadas por la expansión del volumen durante el funcionamiento de la batería de iones de litio, mitigando así los cambios en el volumen del microsilicio y mejorando la estabilidad estructural.
El resultado fue notable: la batería mostró un rendimiento estable incluso con partículas de microsilicio (5 μm) cientos de veces más grandes que las utilizadas en los ánodos de nanosilicio convencionales. Además, el sistema de electrolitos de gel de silicio desarrollado por el equipo de investigación demostró una conductividad iónica similar a la de las baterías de electrolitos líquidos tradicionales, con una mejora de aproximadamente el 40 por ciento en la densidad de energía. Además, el sistema del equipo es de gran valor debido a su sencillo proceso de fabricación que está listo para usar nada más sacarlo de la caja.
El profesor Soojin Park destacó: “Utilizamos un ánodo de microsilicio, pero todavía tenemos una batería estable. Esta investigación nos acerca a un verdadero sistema de batería de iones de litio de alta densidad de energía”.
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