Los investigadores de la USC han desarrollado un nuevo diseño de batería de iones de litio que utiliza nanopartículas de silicio poroso en lugar de los ánodos de grafito tradicionales para proporcionar un rendimiento superior.

Las nuevas baterías, que podrían usarse en cualquier cosa, desde teléfonos celulares hasta automóviles híbridos, contienen tres veces más energía que los diseños comparables basados ​​en grafito y se recargan en 10 minutos. El diseño, actualmente bajo una patente provisional, podría estar disponible comercialmente en un plazo de dos a tres años.

"Es una investigación apasionante. Abre la puerta al diseño de baterías de iones de litio de próxima generación, "dijo Chongwu Zhou, profesor de la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi, quien dirigió el equipo que desarrolló la batería. Zhou trabajó con los estudiantes graduados de la USC Mingyuan Ge, Jipeng Rong, Xin Fang y Anyi Zhang, así como Yunhao Lu de la Universidad de Zhejiang en China. Su investigación fue publicada en Nano investigación en Enero.

Los investigadores han intentado durante mucho tiempo utilizar silicio, que es barato y tiene una gran capacidad potencial, en ánodos de batería. (Los ánodos son donde la corriente fluye hacia una batería, mientras que los cátodos son por donde fluye la corriente). El problema ha sido que los diseños anteriores de ánodo de silicio, que eran básicamente placas diminutas del material, se rompió por la hinchazón y el encogimiento repetidos durante los ciclos de carga / descarga y rápidamente se volvió inútil.

El año pasado, El equipo de Zhou experimentó con nanocables de silicio poroso que tienen menos de 100 nanómetros de diámetro y solo unas pocas micras de largo. Los diminutos poros de los nanocables permitieron que el silicio se expandiera y contrajera sin romperse, al mismo tiempo que aumentaba el área de superficie, lo que a su vez permite que los iones de litio se difundan dentro y fuera de la batería más rápidamente. mejorando el desempeño.

Aunque las pilas funcionaron bien, los nanocables son difíciles de fabricar en masa. Para resolver el problema, El equipo de Zhou tomó nanopartículas disponibles comercialmente (diminutas esferas de silicio) y las grabó con los mismos poros que los nanocables. Las partículas funcionan de manera similar y se pueden preparar en cualquier cantidad deseada.

Aunque las baterías de nanopartículas de silicio actualmente duran solo 200 ciclos de recarga (en comparación con un promedio de 500 para los diseños basados ​​en grafito), El diseño más antiguo basado en nanocables de silicio del equipo duró hasta 2, 000 ciclos, que se informó en Nano Lett en abril pasado. Un mayor desarrollo del diseño de nanopartículas debería aumentar la vida útil de la batería, Dijo Zhou.

"El método sencillo que utilizamos puede generar un impacto real en las aplicaciones de la batería en un futuro próximo, "Dijo Zhou.

La investigación futura del grupo se centrará en encontrar un nuevo material de cátodo con una alta capacidad que se emparejará bien con los nanocables de silicio poroso y / o las nanopartículas de silicio poroso para crear una batería completamente rediseñada.