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La batería de iones de litio de nanotubos de silicio almacena 10 veces más energía y dura 6.000 cargas

Condiciones de uso.

Un equipo de Stanford, dirigido por el propio maestro de baterías, Yi Cui, ha desarrollado un nuevo electrodo de batería de iones de litio que aún funciona al 85% de su capacidad después de 6.000 ciclos de carga / descarga, en comparación con las baterías de iones de litio actuales (que se encuentran en su computadora portátil iPad, teléfono inteligente) que generalmente se agotan después de aproximadamente 1,000 cargas. El nuevo electrodo también tiene la posibilidad de aumentar la capacidad de la batería de iones de litio hasta 10 veces.

En una batería de iones de litio hay un ánodo (electrodo negativo) y un cátodo (positivo) separados por un electrolito de sal de litio líquido, siendo la capacidad (miliamperios-hora, mAh) una función directa de los tres materiales. Actualmente, casi todas las baterías de iones de litio utilizan un ánodo de grafito (carbono), que tiene una capacidad específica de 400 mAh por gramo, lo que significa que el ánodo debe ser relativamente grande para almacenar una cantidad decente de energía. El equipo de Yi Cui, sin embargo, ha construido con éxito un ánodo de nanotubos de silicio de doble pared que tiene una capacidad de alrededor de 4.000 mAh por gramo. En otras palabras, este ánodo es un precursor importante de las baterías de iones de litio con 10 veces su capacidad actual.

Ahora, se sabe desde hace algún tiempo que el silicio sería un ánodo mejor que el carbono: un átomo de silicio puede unirse a cuatro iones de litio, mientras que se necesitan seis átomos de carbono para unir un solo ion de litio, lo que da como resultado una densidad de potencia muy alta. pero hasta ahora ha sido imposible construir un ánodo de silicio que pueda sobrevivir más de unos pocos ciclos de carga / descarga. Básicamente, cuando se carga, el silicio puede absorber tantos iones de litio que el ánodo se hincha hasta cuatro veces su tamaño original, y luego, durante la descarga, cuando los iones de litio viajan al cátodo, vuelve a su tamaño original. Después de algunos de estos ciclos de expansión / contracción, el ánodo de silicio se destruye.

Sin embargo, los nanotubos de silicio de doble pared de Yi Cui son resistentes y también están cubiertos por una fina capa de óxido de silicio, que es lo suficientemente fuerte como para evitar que los nanotubos se expandan. Como resultado, este nuevo ánodo puede sobrevivir a 6.000 ciclos de carga / descarga sin sufrir daños importantes.

Nanotubos de silicio de doble paredEl siguiente paso es simplificar la producción de estos nanotubos; actualmente es un proceso de cuatro pasos que comienza con nanofibras de polímero, que luego se reducen a carbono y luego se recubren con silicio (en la foto de la derecha), y luego se construye una batería real con duplica la densidad de energía de las baterías de iones de litio actuales. Esto puede parecer un objetivo humilde después de decir que los ánodos de silicio pueden aumentar la densidad de potencia en 10 veces, pero como mencionamos, el electrolito y el cátodo también son importantes. Ese ánodo de silicio repleto de iones es inútil si el cátodo no tiene suficiente espacio para recibirlos todos. Sin embargo, finalmente Yi Cui parece estar seguro de que se pueden lograr grandes ganancias en la densidad de potencia de iones de litio.

Ahora le gustaría leer sobre la batería de litio-aire de IBM o el cátodo de batería eterna de Yi Cui.

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