Los químicos de la Universidad de Alberta han dado un paso crítico hacia la creación de una nueva generación de baterías de iones de litio a base de silicio con 10 veces la capacidad de carga de las células actuales.

"Queríamos probar cómo los diferentes tamaños de nanopartículas de silicio podrían afectar la fractura dentro de estas baterías, "dijo Jillian Buriak, un químico de la U of A y una cátedra de investigación de Canadá en nanomateriales para la energía.

El silicio se muestra prometedor para la construcción de baterías de mayor capacidad porque es abundante y puede absorber mucho más litio que el grafito utilizado en las baterías de iones de litio actuales. El problema es que el silicio es propenso a fracturarse y romperse después de numerosos ciclos de carga y descarga. porque se expande y contrae a medida que absorbe y libera iones de litio.

La investigación existente muestra que dar forma al silicio en partículas a nanoescala, los cables o tubos ayudan a evitar que se rompa. ¿Qué Buriak, El compañero químico de la U of A Jonathan Veinot y su equipo querían saber qué tamaño debían tener estas estructuras para maximizar los beneficios del silicio y minimizar los inconvenientes.

Los investigadores examinaron nanopartículas de silicio de cuatro tamaños diferentes, uniformemente dispersos dentro de aerogeles de grafeno de alta conductividad, hecho de carbono con poros nanoscópicos, para compensar la baja conductividad del silicio. Descubrieron que las partículas más pequeñas, de apenas tres mil millonésimas de metro de diámetro, mostraban la mejor estabilidad a largo plazo después de muchos ciclos de carga y descarga.

"A medida que las partículas se hacen más pequeñas, Descubrimos que son más capaces de manejar la tensión que se produce cuando el silicio 'respira' al alearse y desprenderse del litio. al andar en bicicleta, "explicó Buriak.

La investigación tiene aplicaciones potenciales en "cualquier cosa que dependa del almacenamiento de energía mediante una batería, "dijo Veinot, quien es el director del programa de formación de estudiantes graduados de ATUMS que apoyó parcialmente la investigación.

"Imagínese un automóvil con una batería del mismo tamaño que un Tesla que podría viajar 10 veces más lejos o que usted cargue 10 veces con menos frecuencia, o la batería es 10 veces más ligera ".

Veinot dijo que los próximos pasos son desarrollar un sistema más rápido forma menos costosa de crear nanopartículas de silicio para hacerlas más accesibles para la industria y los desarrolladores de tecnología.

El estudio, "Tamaño y efectos de superficie de nanocristales de silicio en ánodos compuestos de aerogel de grafeno para baterías de iones de litio, "fue publicado en Química de Materiales .