Los investigadores han desarrollado una batería de iones de litio hecha de arena que supera en tres veces el estándar actual. Crédito:UC Riverside
(Phys.org) —Investigadores de la Universidad de California, El Bourns College of Engineering de Riverside ha creado una batería de iones de litio que supera en tres veces el estándar actual de la industria. El material clave:arena. Sí, arena.
"Este es el santo grial - un bajo costo, no tóxico, forma ecológica de producir ánodos de batería de iones de litio de alto rendimiento, "dijo Zachary Favors, un estudiante de posgrado que trabaja con Cengiz y Mihri Ozkan, ambos profesores de ingeniería en UC Riverside.
La idea le llegó a Favors hace seis meses. Estaba relajándose en la playa después de surfear en San Clemente, Calif. Cuando recogió un poco de arena, lo examinó de cerca y vio que estaba compuesto principalmente de cuarzo, o dióxido de silicio.
Su investigación se centra en la construcción de mejores baterías de iones de litio, principalmente para electrónica personal y vehículos eléctricos. Está enfocado en el ánodo, o lado negativo de la batería. El grafito es el material estándar actual para el ánodo, pero a medida que la electrónica se ha vuelto más poderosa, la capacidad de mejora del grafito prácticamente se ha agotado.
Los investigadores ahora se centran en el uso de silicio a nanoescala, o mil millonésimas de metro, nivel como reemplazo del grafito. El problema con el silicio a nanoescala es que se degrada rápidamente y es difícil de producir en grandes cantidades.
Un esquema que muestra cómo la arena se convierte en nano-silicio puro. Crédito:UC Riverside
Los favores se propusieron resolver ambos problemas. Investigó la arena para encontrar un lugar en los Estados Unidos donde se encuentre con un alto porcentaje de cuarzo. Eso lo llevó al embalse de Cedar Creek, al este de Dallas, donde el crecio.
Arena en mano Regresó al laboratorio en UC Riverside y lo molió a la escala nanométrica, seguido de una serie de pasos de purificación que cambian su color de marrón a blanco brillante, similar en color y textura al azúcar en polvo.
Después, Él molió sal y magnesio, Ambos elementos muy comunes se encuentran disueltos en agua de mar en el cuarzo purificado. A continuación, se calentó el polvo resultante. Con la sal actuando como absorbente de calor, el magnesio trabajó para eliminar el oxígeno del cuarzo, resultando en silicio puro.
El equipo de Ozkan quedó satisfecho con el desarrollo del proceso. Y también encontraron una sorpresa positiva adicional. El nano-silicio puro se formó en una consistencia similar a una esponja de silicio tridimensional muy porosa. Esa porosidad ha demostrado ser la clave para mejorar el rendimiento de las baterías construidas con nano-silicio.
Desde la izquierda, (b) arena sin purificar, (c) arena purificada, y (d) viales de arena sin purificar, arena purificada, y nano silicio. Crédito:UC Riverside
El rendimiento mejorado podría significar ampliar la vida útil esperada de las baterías de vehículos eléctricos basadas en silicio hasta 3 veces o más, que sería importante para los consumidores, considerando que las baterías de reemplazo cuestan miles de dólares. Para teléfonos móviles o tabletas, podría significar tener que recargar cada tres días, en lugar de todos los días.
Los hallazgos se acaban de publicar en un artículo, "Síntesis escalable de nano-silicio de arena de playa para baterías de iones de litio de larga duración, "en la revista Nature Informes científicos . Además de Favors y Ozkan's, los autores fueron:Wei Wang, Bahía de Hamed Hosseini, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed y Chueh Liu. Los cinco son estudiantes graduados que trabajan en los laboratorios de Ozkan.
Ahora, El equipo de Ozkan está tratando de producir grandes cantidades de arena de playa de nano-silicio y planea pasar de baterías del tamaño de una moneda a baterías del tamaño de una bolsa que se utilizan en los teléfonos celulares.
