211service.com
Baterías de litio supercargadoras
Las baterías de litio existentes pueden permitir que los vehículos eléctricos que funcionan con baterías viajen cientos de millas con una carga, lo que provocó una carrera entre los principales fabricantes de automóviles para demostrar que las baterías son lo suficientemente seguras y duraderas para la comercialización masiva. Mientras tanto, los desarrolladores de baterías continúan impulsando el rendimiento del litio. El mes pasado, los científicos de materiales de la Universidad de Stanford revelaron un electrodo de nanocables que podría triplicar la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías de litio y mejorar su seguridad.
Hinchamiento de nanocables: Al cargarse con iones de litio, estos nanocables de silicio se hinchan de 89 nanómetros de ancho (arriba) a 141 nanómetros de ancho y se alargan (abajo); pueden acomodar 10 veces más iones de litio que los electrodos de grafito convencionales. Como resultado, los nanocables podrían triplicar la capacidad energética de las baterías de litio.
El desarrollo, informado en la revista científica Nanotecnología de la naturaleza , proviene de los laboratorios del innovador de nanocables Yi Cui y el experto en baterías Robert Huggins en Stanford's Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales . Los investigadores muestran que los nanocables de silicio de unos pocos átomos de diámetro pueden funcionar como electrodos de alta capacidad, absorbiendo y liberando aproximadamente 10 veces más iones de litio que los electrodos de grafito que se utilizan comúnmente en la actualidad.
Cargar una batería de litio generalmente significa mover iones de litio desde el electrodo positivo o cátodo de la batería hacia su electrodo o ánodo negativo. El silicio tiene la afinidad electroquímica adecuada por los iones de litio para convertirlo en un material prometedor para los ánodos. De hecho, hasta ahora ha sido demasiado prometedor. Los ánodos de silicio absorben demasiado litio. Tras la carga, los ánodos de silicio se hinchan cuatro veces su volumen anterior, fracturando el material. Después de unos pocos ciclos de carga, los ánodos están terminados.
Los nanocables, por el contrario, toman la hinchazón con calma. Los nanocables de silicio de los colaboradores de Stanford se hinchan cuando se cargan de 89 nanómetros de ancho a 141 nanómetros de ancho y simultáneamente se alargan, liberando así la tensión. No muestran signos de falla mecánica después de más de 20 ciclos.
Tampoco, según Cui, los nanocables de silicio parecen tan susceptibles como el grafito a los típicos mecanismos de falla que causan problemas de seguridad (incluidos incendios que provocaron nuevos reglas del Departamento de Transporte de EE. UU. esta semana limitando las baterías de litio en el equipaje facturado). Potencialmente, el silicio será mucho más seguro que el carbono, dice Cui, quien señala que una mayor seguridad podría ser clave para la futura aceptación del litio en los vehículos. Solo se necesitan uno o dos accidentes para destruir una tecnología. Él dice que se están realizando pruebas durante muchos más ciclos para confirmar la mayor durabilidad y seguridad del ánodo de nanocables de silicio.
La desventaja es que el proceso de crecimiento de nanocables que usa Cui, que alimenta silicio gaseoso a un catalizador de oro líquido para hacer el electrodo sólido, es un proceso de alta temperatura (600 a 900 ° C) que podría ser costoso de escalar. Cui cree que la ampliación del proceso vapor-líquido-sólido es, sin embargo, factible, pero reconoce que también está explorando otro enfoque.
Químico de la Universidad Estatal de Ohio Yiying Wu , que también trabaja con electrodos de nanocables, considera que el trabajo de Stanford es definitivamente muy importante. Pero Wu y otros científicos de materiales advierten que se necesitarán avances adicionales antes de que las baterías de litio con electrodos de nanocables proporcionen aumentos importantes en el rendimiento de las baterías de vehículos eléctricos. No menos importante es la necesidad de ampliar el proceso de fabricación de nanocables, que aún no se han producido en masa para aplicaciones comerciales.
Otra limitación es que, si bien los nanocables de silicio de Cui son excelentes ánodos, la tecnología de baterías de litio tiene una mayor necesidad de cátodos mejorados. En una batería determinada, la sustitución de un ánodo que almacena más iones de litio no tiene ningún impacto sin un cátodo correspondiente que pueda suministrar más carga.
Tanto Cui como Wu (quien informó su propio desarrollo de ánodo de litio el mes pasado con un nanoalambre de óxido de cobalto de alta capacidad) dicen que sus laboratorios están trabajando en nuevos materiales para cátodos. Ese es el santo grial para este negocio, dice Wu. Cualquiera que pueda generar una capacidad de cátodo mucho mayor traerá un gran avance para la batería de litio.