La tecnología quiere adelantarse a la ciencia en la búsqueda de mejores materiales para las baterías. Los nuevos materiales como el grafeno se quedan cortos y los teóricos sacian esa necesidad con predicciones sobre el papel.
El siliceno, el análogo del grafeno pero con átomos de silicio, puede ser el nuevo candidato a mejorar las actuales baterías de ion-litio. Cuando su fabricación está aún en proceso de desarrollo ya hay propuestas para su uso como material perfecto para el ánodo.
El grafeno no solo ha supuesto el descubrimiento de un material con propiedades fuera de lo común, ha abierto además las puertas a una nueva generación de materiales basados en redes bidimensionales de átomos de un mismo material. De momento ya se habla del germaneno y el siliceno.
Este último ha llamado la atención del mundo de las baterías. Era de esperar. Ya hemos visto en otras ocasiones que el silicio es el material favorito para recibir los átomos de litio durante la carga de la batería. Los estudios se han realizado con cálculos teóricos que ya han sido probados para otras estructuras basadas en silicio, como los nanohilos o los nanolazos de silicio, concordando con las medidas prácticas. Se ha evaluado el comportamiento del siliceno durante el proceso de litiación y sus cambios de estructura.
Así se ha determinado que el siliceno ofrece una gran resistencia, como el grafeno, y puede así hacer frente al principal problema de los ánodos de las baterías de ion-litio, los grandes cambios de volumen que se producen al alojar los átomos de litio durante la carga, que en el caso del silicio cristalino es del 400% y para el siliceno se reduce al 24%, siendo del 10% en el caso del grafito que se usa hoy en día en las baterías.
Pero no solo eso, según las investigaciones teóricas del grupo de Enge Wang de la Universidad de Pekin y en colaboración con la escuela de ingenieros de Harvard, el siliceno permitiría una mejor difusión de los átomos de litio (menor barrera energética) que el silicio cristalino con un potencial de trabajo plano, dos características muy interesantes para su uso como material del ánodo.
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| La energía necesaria para añadir más litio se mantiene constante durante la carga |
La capacidad específica para el ánodo de siliceno se calcula sobre los 715 y los 954 mAh/g, más del doble que la del grafito. No es una cifra muy alta comparada con predicciones anteriores basadas en el uso de silicio, pero se espera que el siliceno no sufra cambios estructurales irreversibles durante los procesos de carga y descarga, lo cual alargaría notablemente la vida de las baterías.
De momento el siliceno no se puede obtener aislado, pero esto tal vez no sea un problema para el caso de las baterías, ya que los mejores resultados se han obtenido creciendo siliceno sobre metales, con lo cual se podría aprovechar para su uso como contacto.
En este caso sí estamos ante un trabajo con miras a un futuro lejano, ya que depende de los avances en la obtención de un material aun en fase de desarrollo. Pero se trata de un magnífico ejemplo de cómo la ciencia es capaz de avanzar más rápido de lo que la práctica lo permite y del potencial de los cálculos teóricos para el avance de la tecnología.
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Fuente | Nano Letters
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