La célula, creada en los laboratorios de la Universidad de California en San Diego, usa un electrolito de estado sólido y un ánodo totalmente de silicio.
Dos vías muy prometedoras en la búsqueda de la tecnología de baterías de última generación son el uso de electrolitos de estado sólido en lugar de líquidos y la incorporación de silicio al componente anódico para aumentar la densidad energética.
Una arquitectura recién desarrollada integra estas dos innovaciones en un solo dispositivo para formar una batería de estado sólido que es segura, duradera y tiene el potencial de almacenar grandes cantidades de energía.
Durante muchos años, los científicos se han sentido atraídos por la densidad energética que promete el silicio para las baterías de nueva generación, pero su incorporación tiene sus dificultades.
La idea es incorporar o sustituir por completo el grafito usado como ánodo por silicio para poder almacenar hasta 10 veces más iones de litio.
El problema es que el silicio hace que el electrolito líquido se degrade rápidamente y la batería falle enseguida, pero los autores de este nuevo estudio creen que la solución puede estar en utilizar un electrolito de estado sólido en su lugar.
Al igual que los ánodos de silicio, los electrolitos de estado sólido son otra rama de la investigación en baterías que podría abrir algunas posibilidades interesantes. El electrolito líquido convencional que transporta los iones de litio entre el ánodo y el otro electrodo de la pila, el cátodo, es muy volátil, lo que limita la compatibilidad con otros posibles materiales de alto rendimiento, como el litio metálico.
Los electrolitos en estado sólido se perfilan como una solución prometedora a este problema.
Ingenieros de la Universidad de California en San Diego pensaban que un electrolito de estado sólido podría aportar algunas ventajas similares a los ánodos de silicio.
Los esfuerzos por incorporar el silicio a los ánodos de las baterías de litio han estado plagados de fluctuaciones en el tamaño de las partículas de silicio, que se expanden y contraen cuando el dispositivo se carga y descarga. Esto, unido a la inestabilidad de las interacciones entre el ánodo de silicio y el electrolito líquido, provoca graves pérdidas de capacidad cuando la batería se somete a ciclos.
Como investigadores de baterías, es vital abordar los problemas de raíz del sistema. En el caso de los ánodos de silicio, sabemos que uno de los grandes problemas es la inestabilidad de la interfaz del electrolito líquido. Necesitábamos un enfoque totalmente diferente.
Shirley Meng
Nuevo enfoque.
Este nuevo enfoque implicaba hacer algunos ajustes en la forma de ensamblar el ánodo de silicio; los científicos eliminaron el carbono y los aglutinantes que se usan normalmente y optaron por una forma más barata de microsilicio que se somete a menos procesamiento.
A continuación, se introdujo un electrolito sólido a base de sulfuro para transportar la carga, y la batería resultante demostró ser extremadamente estable, al evitar las interacciones perjudiciales en el ánodo.
La nueva batería de silicio de estado sólido se describe como segura, duradera y de gran densidad energética. Una célula completa a escala de laboratorio demostró ser capaz de realizar 500 ciclos de carga y descarga conservando el 80% de su capacidad, lo que demuestra los efectos estabilizadores del nuevo diseño.
El enfoque del silicio en estado sólido supera muchas limitaciones de las baterías convencionales.
Nos ofrece interesantes oportunidades para satisfacer la demanda del mercado de mayor energía volumétrica, menores costes y baterías más seguras, especialmente para el almacenamiento de energía en la red.
Darren H. S. Tan, primer autor y director general de la empresa UNGRID Battery.
Vía ucsd.edu
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