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Los ánodos del silicio podían impulsar capacidad de la batería de ión de litio

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La capacidad de baterías de ión de litio se podría aumentar hasta seis veces usando los ánodos hechos del silicio en vez del grafito, la nueva investigación sugiere.

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Las baterías de ión de litio proveen de los ordenadores portátiles, de los teléfonos elegantes y de las tabletas energía. Sin embargo, su capacidad cuando se trata de usos tales como vehículos eléctricos puede ser limitada porque los materiales del electrodo tales como grafito pueden fijar estable solamente un número por adsorción limitado de iones de litio.

Los materiales del semiconductor tales como silicio están recibiendo la atención como electrodos alternativos para las baterías de litio. Sin embargo, mientras que el silicio a granel puede absorber una gran cantidad de litio, la migración de las iones de litio destruye la estructura cristalina del silicio. Esto puede hinchar el volumen por un factor de tres, que lleva a las tensiones mecánicas importantes.

Un equipo del instituto de Helmholtz-Zentrum Berlín (HZB) de la materia suave y de materiales funcionales ha observado detalladamente cómo las iones de litio emigran en las películas finas del silicio. Con medidas del neutrón, el equipo demostró que las iones de litio no penetran profundamente en el silicio. Durante el ciclo de la carga, las 20 capas del ánodo del nanómetro desarrollan contener una parte elevada del litio-significado que las capas delgadas del silicio serían extremadamente suficientes alcanzar la carga máxima del litio.

Las iones de litio emigran a través del electrólito en la capa de silicio cristalino. Crédito de imagen: HZB.

Las iones de litio emigran a través del electrólito en la capa de silicio cristalino. Crédito de imagen: HZB.

“Podíamos seguir exacto donde las iones de litio fijan por adsorción en el electrodo del silicio usando métodos de la reflectometría del neutrón, y también cómo rápido se movían,” dice al Dr. Beatrix-Kamelia Seidlhofer, que realizó los experimentos.

Ella descubrió dos diversas zonas durante sus investigaciones. Cerca del límite a los electrólitos, las áspero 20 capas del nanómetro formaron que alto contenido tenido del litio: 25 átomos del litio fueron alojados entre 10 átomos del silicio. Una segunda capa adyacente contuvo un átomo del litio para 10 átomos del silicio. Ambas capas juntas eran menos de 100 nanómetro densamente después del segundo ciclo de carga.

Después de descarga, áspero una ión de litio por nodo del silicio en el electrodo permanecía en la capa de límite del silicio expuesta a los electrólitos. Los investigadores calculaban que miente la capacidad máxima teórica de estos tipos de baterías del silicio-litio aproximadamente 2300 mAh/g, que es más de seis veces la capacidad alcanzable máxima teórica para una batería de ión de litio construida con el grafito (372 mAh/g).

Los investigadores dicen que sus hallazgos podrían mejorar el diseño de electrodos del silicio. Las películas muy finas del silicio deben ser suficientes para fijar la cantidad por adsorción posible máxima de litio, que a su vez ahorraría en el material y la energía consumidos durante la fabricación.