Las baterías de ion de litio recargables poseen el don de la ubicuidad, pues aportan energía a teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles, tabletas y, cada vez más, vehículos eléctricos. Conseguir que esas baterías sean más ligeras, más pequeñas, más baratas y capaces de cargarse rápido, sin por eso sacrificar su rendimiento, es por tanto un gran desafío de diseño. Para abordar este problema, científicos e ingenieros están desarrollando un nuevo material de electrodos que puede almacenar mayor cantidad de litio en el mismo espacio.
Una solución prometedora es el uso de materiales de aleación en el electrodo negativo de una batería, también conocido como ánodo. Por ejemplo, un kilo de silicio -que produce un ánodo de aleación- puede almacenar la misma cantidad de litio que diez kilos de grafito, que se encuentra en el tipo de intercalación de los ánodos actualmente en uso en las baterías de ion de litio comerciales. Eso quiere decir que reemplazar una con otra puede hacer que el ánodo sea potencialmente diez veces más ligero y considerablemente más pequeño.
A pesar de esta promesa, los ánodos de aleación no han sido adoptados de manera generalizada. Eso se debe en parte a que los iones de litio son insertados en las partículas de silicio de aleación dentro del ánodo, esas partículas empiezan a expandirse y a separarse, lo que resulta en una batería que falla tras solo unos ciclos. Reducir el tamaño de esas partículas para que posean una escala nanoscópica mitiga ese tipo de degradación, pero los mecanismos que actúan no son del todo entendidos actualmente.
Ahora, en un estudio publicado en ACS Energy Letters, investigadores de Penn Engineering han revelado el complejo proceso electroquímico que ocurre a nanoscala cuando los ánodos de aleación se cargan y descargan. Un mejor entendimiento del comportamiento de degradación que obstruye esta prometedora clase de material de almacenamiento de energía puede abrir la puerta a nuevos y más eficientes diseños de baterías.
Como su nombre sugiere, las baterías de ion de litio almacenan la energía a través de reacciones electroquímicas entre el litio del electrodo positivo, conocido como el cátodo, y el material en el ánodo. Cuando los iones de litio entran físicamente en el espacio del entramado del ánodo durante la carga, se pegan a ese material y absorben electrones en el proceso. Descargar la batería elimina el litio así que el proceso puede ser repetido.
