Liberar el potencial de los materiales de ánodo de silicio para baterías comercializadas

Sep 02, 2023

31 de agosto de 2023

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por JooHyeon Heo, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan

En una revisión publicada en Nature Energy, el profesor Jaephil Cho de la Escuela de Ingeniería Química y Energética de UNIST presenta un protocolo de análisis para evaluar materiales de cátodos de silicio aplicables a baterías comercializadas. El estudio profundiza en las características y los desafíos que rodean a los materiales de ánodo de silicio, foco de gran atención como componentes secundarios de la batería.

El silicio se ha convertido en una alternativa prometedora a los ánodos de grafito convencionales en baterías de iones de litio de alta energía debido a su excepcional capacidad gravimétrica. Sin embargo, problemas intrínsecos como la severa expansión del volumen durante el ciclo han obstaculizado el uso generalizado de ánodos de Si en el desarrollo de baterías. Si bien los laboratorios han logrado enormes avances al abordar estos problemas, la mayoría de las baterías que contienen Si utilizadas en la industria (donde los ánodos de Si están compuestos de subóxidos de Si o compuestos de Si-C) solo pueden incorporar cantidades limitadas de silicio.

El análisis exhaustivo del equipo de investigación explora factores cruciales que influyen en la densidad de energía práctica de las baterías que contienen silicio. Examina fenómenos como la hinchazón de los electrodos y el voltaje de corte durante el funcionamiento de la celda, al mismo tiempo que considera la vida útil, las preocupaciones de seguridad y las implicaciones de costos, todos ellos aspectos esenciales que impactan significativamente el diseño práctico de la celda.

Además, el artículo propone protocolos de prueba destinados a evaluar la viabilidad de los ánodos de silicio recientemente desarrollados. Estos protocolos ofrecen información valiosa para garantizar un rendimiento, eficiencia, durabilidad y seguridad óptimos al incorporar estos materiales avanzados en aplicaciones de baterías comerciales.

Un hallazgo clave destacado por el equipo del profesor Cho es que reducir el tamaño de las partículas de silicio a menos de 5 nm mientras se dispersan uniformemente dentro de partículas de carbono conductoras es una gran promesa para superar las limitaciones existentes. Los avances recientes informados por los investigadores implicaron depositar materias primas en partículas compuestas de carbono mediante deposición de gas, una tecnología de síntesis capaz de reducir el tamaño de las partículas por debajo de 1 nm. Este enfoque innovador demostró eficiencias iniciales superiores al 90% con características de vida útil significativamente mejoradas.

"Los métodos de evaluación publicados actualmente en revistas especializadas para materiales de ánodos de silicio son algo limitados, lo que dificulta determinar su viabilidad comercial", afirmó el profesor Cho. El protocolo de análisis propuesto tiene como objetivo cerrar esta brecha y proporcionar un marco integral para evaluar el potencial práctico de estos materiales en baterías comercializadas.

Este artículo de revisión, invitado por Nature Energy, una revista autorizada en el campo de la energía, fue escrito en coautoría por el profesor Jaekyung Sung de la Universidad Nacional de Gyeongsang. Lanzada el 28 de agosto, esta publicación marca una contribución significativa al avance de la tecnología de baterías y nos impulsa hacia la consecución de ánodos basados ​​en silicio eficientes y comercialmente viables.

Más información: Namhyung Kim et al, Problemas que impiden la comercialización de innovaciones de laboratorio para baterías de iones de litio que contienen Si con alta densidad energética, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01333-5