Las distintas propiedades estructurales y repelentes al agua de las cañas comunes han sido utilizadas por el hombre durante siglos, por ejemplo, como materiales de construcción y para techos de paja. Científicos chinos y alemanes han explorado recientemente cómo se pueden explotar los arreglos de sílice micro y nanoestructurados que están abundantemente presentes en las hojas de caña naturales para producir los materiales del ánodo en baterías de iones de litio y se publica en la revista. Angewandte Chemie .
Muchos creen que el silicio nanoporoso es el material de ánodo de próxima generación en las baterías de iones de litio, ya que ofrece el beneficio de una capacidad teórica mucho más alta y un voltaje de funcionamiento más bajo que los materiales de carbono grafítico de uso común. El gran desafío sin embargo, está encontrando una estrategia de bajo costo adecuada para emplear un material de silicio nanoestructurado apropiado que compensaría la expansión de gran volumen tras la inserción del litio. Yan Yu y sus colegas del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido han explorado un enfoque verdaderamente distinto de los elaborados tratamientos físicos o químicos de costosos precursores de silicio. la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y la Universidad de Tecnología del Sur de China.
Los científicos imaginaron que la arquitectura jerárquica de la sílice que ya está presente en las hojas de las plantas de caña común puede transformarse fácilmente en la arquitectura de silicio micro y nanoporoso necesaria para los materiales de las baterías de iones de litio. "Las hojas de junco exhiben microestructuras jerárquicas tridimensionales en forma de láminas bien definidas, "señalan, "que se puede transformar en arquitecturas de silicio jerárquicas 3D altamente porosas mediante reducción magnesiotermica". Esta reducción magnesiotérmica también se combinó con un simple paso de recubrimiento de carbono para finalmente lograr un material anódico que exhiba una alta capacidad específica. muy buena capacidad de tasa, y estabilidad en bicicleta, tal como se requiere en las baterías de iones de litio avanzadas.
Lo que es particularmente interesante aquí es que la arquitectura topológica de los silicatos originales dentro de las hojas de caña se conserva extraordinariamente bien durante los pasos de tratamiento químico y físico aplicados. Tras la purificación de las hojas secas de juncos, la estructura tridimensional solo se encoge, pero conserva su red mesoporosa. Ni siquiera cambia durante la reducción a la red de silicio carbonizado final. Esta robustez en la conservación de la estructura hace que las plantas de caña, que crecen como grandes monocultivos en los humedales de las regiones templadas, especialmente adecuado como nuevo, materia prima sostenible para materiales de batería.
