Arena triplica el rendimiento en baterías de iones de litio

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Las baterías de iones de litio convencionales se basan en ánodos de grafito, pero aparentemente el rendimiento de este material ha llegado a su cenit. Es por eso que los investigadores estudian posibles reemplazos. Gran parte de la atención se ha centrado en el silicio a nanoescala, pero sigue siendo difícil de producir en grandes cantidades y por lo general se degrada rápidamente.

Investigadores de la Universidad de California en Riverside, han superado estos problemas mediante el desarrollo de una batería de iones de litio con un ánodo hecho de arena.

El ánodo es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación, mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidación.

Encontrando ideas en la playa

Zachary Favors (uno de los investigadores), mientras descansaba en una playa de California, se dio cuenta de que la arena se compone principalmente de cuarzo (o dióxido de silicio). Eso lo llevó a ahondar un poco más en el asunto e investigando dónde se puede encontrar arena con un alto porcentaje de cuarzo, terminó en la Reserva de Cedar Creek, en Texas.

Favors recogió algo de esa arena y la llevó a un laboratorio de la Universidad de California Riverside, donde empezó a trabajar con los profesores de ingeniería Cengiz y Mihri Ozkan. Allí molieron la arena hasta una escala nanométrica y la sometieron a una serie de etapas de purificación.

Luego agregaron sal, magnesio y calentaron el polvo resultante. En este simple proceso, la sal actúa como un absorbente de calor, mientras que el magnesio elimina el oxígeno del cuarzo, resultando a la final silicio puro. Ese “nano-silicio” cuenta con alta porosidad (semejante a una esponja). La porosidad es una de las claves para mejorar el rendimiento de los ánodos en las baterías, ya que proporciona una gran superficie y permite que los iones de litio viajen a través de ellos más rápidamente.

Un rendimiento tres veces superior al de las baterías comunes

El equipo de investigadores (de izquierda a derecha): Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan y Zachary Favors (Imagen: UCR)
El equipo de investigadores (de izquierda a derecha): Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan y Zachary Favors (Imagen: UCR)

El equipo de investigadores desarrolló una batería de iones de litio tipo botón, utilizando el nuevo ánodo. Ese prototipo dicen que supera significativamente a las baterías de iones de litio convencionales. El rendimiento mejorado del electrodo de nano-silicio es tres veces mayor que las baterías actuales. Estiman que en dispositivos tales como teléfonos móviles, sólo necesitarían ser recargadas cada tres días en lugar de todos los días, y las baterías de vehículos eléctricos durarían tres veces más, reduciendo los costos de reemplazo.

Los investigadores ahora están buscando producir el nano-silicio en cantidades mayores y pasar de las pilas tipo monedas a baterías como las utilizadas en los teléfonos móviles.

Fuente Universidad de California Riverside

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