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#Novedades de la industria
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Método más simple para crear ánodos de batería de alto rendimiento
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Los investigadores han fabricado componentes de silicio para baterías de litio de estado sólido.
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Aunque los vehículos eléctricos (EV) están cada vez más extendidos, los investigadores siguen tratando de mejorar la tecnología de las baterías para mejorar su autonomía de conducción y la producción de energía, de modo que puedan demostrar un rendimiento equivalente al de los automóviles impulsados por combustible. Con este fin, las nuevas investigaciones han descubierto una forma más sencilla de fabricar ánodos de silicio para baterías de litio de estado sólido para su uso en vehículos eléctricos, preparando el camino para que estos dispositivos funcionen a la par de los diseños actuales de iones de litio de base líquida.
Un equipo del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón (NIMS) utilizó la deposición por rociado -un modo de fabricación atmosférico y rentable- para crear un ánodo de silicio para baterías de estado sólido que mostraba un rendimiento que antes sólo se veía en los electrodos de película desarrollados por procesos de evaporación.
"Este resultado sugiere que es posible la producción a bajo costo y a gran escala de ánodos de alta capacidad para su uso en baterías de litio de estado sólido", el equipo dirigido por Narumi Ohta, investigador principal del NIMS-escribió en un artículo en ACS Applied Energy Materials.
El NIMS trabajó con la Organización para el Desarrollo de la Nueva Energía y la Tecnología Industrial y el fabricante de automóviles Toyota en la investigación.
Los científicos de materiales están observando las baterías de estado sólido como una alternativa a las actuales químicas de base líquida, que contienen materiales tóxicos difíciles de eliminar y que tienen el potencial de incendiarse o explotar. Estos nuevos productos químicos se consideran mejores opciones para los dispositivos de almacenamiento de energía de alta capacidad y alto rendimiento, como los que se necesitan para los vehículos eléctricos.
El silicio es una alternativa deseable al grafito que se utiliza comúnmente como material de ánodo activo en las baterías comerciales porque tiene una capacidad unas 11 veces mayor que el grafito. Esto también hace que las baterías creadas con este material sean más viables para su uso en vehículos eléctricos y otras aplicaciones que necesitan una gran capacidad de almacenamiento de energía.
Resolución de las limitaciones materiales actuales
Sin embargo, un inconveniente de la utilización de baterías de estado sólido que utilizan ánodos de silicio es que el cambio de volumen del silicio durante la carga y la descarga -o la literación y la destilación en una batería de litio- dificulta la aplicación práctica. "El repetido y enorme cambio de volumen del silicio provoca el aislamiento de las partículas y, por tanto, conduce a la pérdida del material activo, lo que da lugar a una continua pérdida de capacidad", escribieron en la revista.
De hecho, en las típicas células de estado sólido, el material activo se coloca entre dos componentes sólidos -una capa sólida de separador de electrolitos y un colector metálico de corriente- que pueden evitar el problema aislando eléctricamente el material activo.
El equipo del NIMS llevó esto un paso más allá con un nuevo enfoque para sintetizar un ánodo de alto rendimiento para baterías de litio de estado sólido utilizando nanopartículas de silicio comerciales.
En su diseño, al ser litado, el silicio experimenta una expansión de volumen, una compactación estructural y una coalescencia apreciable en el espacio confinado entre la capa separadora de electrolitos sólidos y el colector de corriente de metal para formar una película continua similar a la preparada por el proceso de evaporación. "El ánodo compuesto de nanopartículas preparadas por deposición por pulverización exhibe, por lo tanto, un excelente rendimiento de los electrodos, que anteriormente sólo se había observado en los electrodos de película depositados por pulverización", escribieron los investigadores en la revista.
El equipo cree que usando su diseño, los ánodos de alta capacidad para baterías de litio de estado sólido pueden ser fabricados más fácilmente. Los investigadores planean continuar su trabajo para mejorar la ciclabilidad en el ánodo aumentando la carga de masa areal de las nanopartículas para cumplir mejor con los requisitos de almacenamiento de energía y producción de los VE.