Un equipo de investigadores del Technion – Instituto de Tecnología de Israel ha desarrollado una prueba de concepto para una nueva batería recargable de silicio (Si), así como su diseño y arquitectura que permite que el Si se descargue y cargue de forma reversible, escribe Technion en apresione soltar.
Dirigido por el profesor Yair Ein-Eli de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el equipo demostró a través de trabajos experimentales sistemáticos del estudiante graduado Alon Epstein y estudios teóricos del Dr. Igor Baskin, que el Si se disuelve durante el proceso de descarga de la batería y al cargar, se deposita Si elemental. Se lograron varios ciclos de descarga-carga, utilizando ánodos de oblea de Si tipo n fuertemente dopados y electrolitos líquidos iónicos basados en híbridos especialmente diseñados, adaptados con haluros (bromo y yodo), que funcionan como cátodos de conversión.
Este avance podría allanar el camino hacia un enriquecimiento de las tecnologías de baterías disponibles en el mercado de almacenamiento de energía, con la tecnología potencialmente aliviando el estrés en el mercado en constante crecimiento y atendiendo la creciente demanda de baterías recargables.
Desarrollos que conducen a este gran avance
El aumento de la demanda de fuentes de energía sostenibles llevó a la comunidad científica a centrarse en la investigación de baterías capaces de almacenar energía de red a gran escala de una manera manejable y fiable. Además, se espera que la creciente demanda de la industria de los vehículos eléctricos, que se basa principalmente en la tecnología actual de baterías de iones de litio (LIB), ejerza presión sobre la producción actual de litio y la desvíe del uso más generalizado en la electrónica de consumo portátil. Actualmente, ninguna tecnología ha demostrado ser lo suficientemente competitiva como para desplazar a las LIB. Los metales y elementos capaces de entregar multielectrones durante su proceso de oxidación han sido el foco de atención de la comunidad investigadora durante mucho tiempo debido a sus altas densidades de energía específica asociadas.
El magnesio, el calcio, el aluminio y el zinc recibieron mucha atención como posibles materiales anódicos con diversos niveles de progreso; sin embargo, ninguno ha logrado revolucionar la industria del almacenamiento de energía más allá de las LIB, ya que todos estos sistemas sufren de un rendimiento cinético deficiente a la falta de estabilidad de la celda y, por lo tanto, queda mucho por explorar. El silicio (Si), como el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (después del oxígeno), quedó relativamente inexplorado a pesar de una alta densidad de energía de 8,4 kWh kg-1 a la par con Li metálico 11,2 kWh kg-1; El Si posee pasivación de superficie estable, baja conductividad (dependiendo de los niveles de dopaje) y, hasta ahora, no se ha informado de una química de celda recargable establecida que comprenda Si elemental como ánodo activo, fuera del ánodo de aleación LIB.
En la última década, varias publicaciones (iniciadas originalmente en 2009 por el Prof. Ein-Eli) informaron sobre la incorporación de ánodos activos de Si en diseños de baterías de aire primarias no recargables. Por lo tanto, a pesar de su gran abundancia y facilidad de producción, la posibilidad de usar Si como un ánodo recargable multivalente activo nunca se exploró, hasta el reciente avance del equipo.
