TecNoticias, tu portal de información

Los investigadores compiten por encontrar nuevas y diferentes formas de mejorar la estabilidad y la longevidad de las baterías de iones de litio y las empresas están listas para invertir.

Las baterías de iones de litio han sido un elemento básico de la industria durante años. Donde muchos buscan fuentes de energía alternativas, otros buscan formas de mejorar las tecnologías actuales. Desde agregar zinc hasta agregar cobalto a desarrollar nuevas estructuras de baterías, vSe están bombeando grandes cantidades de dinero de investigación para aumentar la densidad de energía de las baterías de iones de litio y al mismo tiempo hacerlas más seguras y pequeñas.

Otro competidor en este campo es el concepto de ánodos de batería compuestos de silicio, que aumentan la posibilidad de un gran aumento en la densidad de energía de la batería de ion de litio.

Anodos a base de silicona para baterías de iones de litio

Cuando se carga una batería de iones de litio, los iones de litio fluyen hacia el ánodo, que en la mayoría de los casos hoy en día está compuesto de carbono. Esos iones y el carbono forman un complejo rico en energía, listo para descomponerse y liberar energía eléctrica a medida que la batería se descarga. Una cantidad dada de energía almacenada requiere que se genere un volumen correspondiente del compuesto de litio y carbono.

Una nueva área de investigación de baterías de iones de litio consiste en sustituir el ánodo de carbono con un ánodo compuesto en gran parte de silicio. A medida que la batería se carga, se forma un compuesto de litio y silicio densos en energía.

La diferencia clave es que una cantidad determinada de energía se puede almacenar en un volumen más pequeño de litio y silicio que el que se podría haber almacenado previamente en un complejo de litio-carbono.

El resultado es que, para almacenar cualquier cantidad de energía, el volumen de la batería necesaria basada en un ánodo de silicio será más pequeño que su antecesor de ánodo de carbono.

El problema es que el ánodo de silicio se agranda cuando se carga y se vuelve más pequeño con la descarga. Este aumento y disminución del tamaño del ánodo causan daños estructurales a la batería, lo que lleva a una falla.

Detener la destrucción del ánodo de silicio durante los ciclos de carga y descarga

Una posible solución a este problema del tamaño de la batería se describió en una Tesis de 2017 escrita por Marte Skare de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. La sugerencia se puede inferir del título del artículo: "Un método para el óxido controlado y el recubrimiento de carbono de nanopartículas de silicio como ánodo en baterías de litio-ion".

En lugar de emplear silicio elemental, se emplearon nanopartículas de silicio. Están recubiertos, coincidentemente con el carbono, y el recubrimiento reduce la hinchazón del electrodo, lo que hace más plausible el empleo de electrodos de silicio.

Revestimiento silicon con el carbono. Imagen de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología.

También trabaja en el área de investigación la Universidad de Kiel en Kiel, Alemania, que afirma que su Instituto de Ciencias de los Materiales ha estado estudiando el silicio como un recurso energético durante más de 30 años. En 2017, lanzaron lo que se conoce como el proyecto PorSSi, que se abrevia como ánodos de película de Si porosos para el almacenamiento de energía de litio-azufre-silicio. El proyecto trabaja con RENA Technologies.

Un sólido silicio wafter. Imagen de la Universidad de Kiel.

Según la Dra. Sandra Hansen, jefa del proyecto PorSSi, "Teóricamente, el silicio es el mejor material para los ánodos en las baterías. Puede almacenar hasta 10 veces más energía que los ánodos de grafito en las baterías convencionales de iones de litio". Parte de la razón por la que Hansen cree en el potencial del silicio es el hecho de que es extraordinariamente abundante, solo por detrás del oxígeno.

Li-Ion para siempre? Baterías contra otras fuentes de energía

Hablando de recursos abundantes, las baterías basadas en silicona necesitarán competir con otras fuentes de energía que buscan aumentar la efectividad de los recursos.

En la actualidad, la energía solar o eólica que no se necesita de inmediato se dedica a bombear agua hasta contener recipientes ubicados unas cuantas historias hacia arriba. Luego, cuando el sol no brilla y el viento no sopla, se permite que el agua elevada descienda al nivel del suelo, generando electricidad a la manera del generador ubicado en el fondo de una cascada.

Un estudio realizado en Londres. Imperial College predice que, en el futuro previsible, las baterías de iones de litio mejoradas superarán la eficacia del agua bombeada y el cumplimiento mecánico como los volantes. ¿Cómo?

Segun una sprofesor de sistemas de energía utilizable en la universidad, Dr. Iain Staffell, "Hemos encontrado que las baterías de iones de litio siguen los pasos de los paneles solares de silicio cristalino". El Dr. Staffell también señaló que las baterías de iones de litio también eran muy caras cuando se lanzaron por primera vez. Esto significó que inicialmente se utilizaron en una capacidad muy limitada, aunque su popularidad actual significa que su volumen de fabricación está creciendo a medida que los costos disminuyen.

No se puede proyectar que el agua bombeada y otras tecnologías mecánicas disminuyan en costo. A continuación se muestra una captura de pantalla del video de factores tales como el costo más bajo de almacenamiento (LCOS) proyectado a lo largo del tiempo para varias tecnologías de energía.

El menor costo de almacenamiento en el tiempo. Vea el video completo de colegio Imperial

Otras organizaciones que trabajan en electrodos de silicio para baterías de ión litio

Esta es un área de investigación que puede causar grandes cambios en el universo cada vez más amplio de las aplicaciones de baterías de ión de litio. Es probable que los efectos de estos esfuerzos se manifiesten más temprano que tarde, ya que no solo participan las universidades, sino también las organizaciones con fines de lucro. Como podría esperarse, los detalles NO están por llegar.

Algunos ejemplos incluyen:

• Enovix, una compañía que desarrolla una "arquitectura de celda 3D" para baterías de iones de litio de silicio que afirman, aumenta la densidad de energía entre un 30% y un 80%. A juzgar por el hecho de que Intel y Qualcomm son patrocinadores de Enovix, no solo las entidades interesadas en el almacenamiento a escala de servicios públicos están interesadas en aumentar la densidad de energía de los LiB.
• Enevate, que está desarrollando baterías de electrodo de silicio teniendo en cuenta la industria automotriz. Enevate está parcialmente financiado por Alliance Ventures, la división de capital de riesgo estratégico de Renault-Nissan-Mitsubishi.
• Sila Nanotechnologies, que destaca la capacidad de los fabricantes de baterías para implementar el cambio a baterías dominantes de silicio sin cambiar el equipo de producción actual.

Los patrocinadores y objetivos de las tres compañías demuestran hasta qué punto ya se han desarrollado las baterías de silicona.

Entonces, a pesar de que las baterías de iones de litio han sufrido algunos golpes en los últimos años, debido a su famosa capacidad de explotar en dispositivos comerciales, es posible que sean la fuente de energía elegida en toda la industria en los próximos años.

¿Qué piensas sobre las fuentes de energía que están disponibles para ti hoy? Comparte tus pensamientos en los comentarios a continuación.