Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) proponen una solución a algunos de los problemas que afectan a las partículas micrométricas de silicio (SiMP), que dificultan su uso en baterías de iones de litio.
A pesar de la capacidad energética del silicio como material de electrodo, normalmente se descarta debido a la falta de estabilidad mecánica que surge de la expansión descontrolada del volumen tras la litiación, el proceso de combinación con un ión-litio. – y también debido al rápido desvanecimiento de la energía causado por la formación de una interfaz de electrodo sólido (SEI) inestable.
En un artículo publicado en el Journal of Materials Chemistry A, el equipo de JAIST informó sobre un enfoque holístico para sintetizar SiMP novedosos y altamente resistentes que consisten en vidrios negros (oxicarburo de silicio) injertados silicio como material de ánodo para baterías de iones de litio.
“Las nanopartículas de silicio pueden proporcionar una mayor área de superficie efectiva, pero eso tiene sus propios inconvenientes, como un mayor consumo de electrolitos y una baja eficiencia coulombica inicial después de algunos ciclos de carga y descarga”, dijo el líder de investigación Noriyoshi Matsumi en un comunicado de prensa.
“Los SiMP son las alternativas más apropiadas, de bajo costo y fácilmente disponibles, especialmente cuando se combinan con materiales que tienen propiedades estructurales excepcionales, como los vidrios negros de oxicarburo de silicio”.
Matsumi explicó que el equipo diseñó un material de tipo núcleo-carcasa en el que el núcleo estaba hecho de SiMP recubierto con una capa de carbono y luego se injertaron vidrios negros de oxicarburo de silicio como capa de la carcasa.
Luego, los materiales preparados se usaron en una configuración de media celda anódica para probar su capacidad para almacenar litio de manera reversible bajo diferentes ventanas potenciales.
La evaluación mostró que el material tiene una gran capacidad de difusión de litio y una resistencia interna reducida y una expansión volumétrica general. También mostró un 99 .4% de retención de la capacidad de energía incluso después de 775 ciclos de carga y descarga. Además, el material exhibió una gran estabilidad mecánica durante todo el proceso de prueba.
En opinión de los científicos, estos resultados han abierto nuevos caminos para la aplicación de silicio en baterías secundarias de iones de litio de próxima generación.
Matsumi señaló que la capacidad de ampliación de este proceso de síntesis puede ayudar a cerrar la brecha entre la investigación de laboratorio y las aplicaciones industriales en el campo del almacenamiento de energía. Esto es particularmente importante para producir vehículos eléctricos de bajo costo.
«Nuestra metodología ofrece una vía eficaz para el desarrollo de materiales de ánodo de alto rendimiento para baterías de iones de litio de bajo consumo, que es un componente esencial para crear un mañana sostenible y con bajas emisiones de carbono», dijo.
