Nanocristales de estaño para futuras baterías

Baterías recargables de iones de litio
Las baterías Li-Ion (Litio-Ion) son las baterías recargables más comunes en la electrónica portátil. Las baterías de iones de litio tienen una de las mejores densidades de energía, sin efecto memoria, pérdida de carga lenta cuando no están en uso y son seguras para el medio ambiente porque no hay metal de litio libre, en comparación con otros tipos de baterías recargables. Las baterías recargables de iones de litio son los medios de almacenamiento ligeros compactos preferidos para almacenar una gran cantidad de energía en un espacio pequeño. Proporcionan energía para automóviles eléctricos, bicicletas eléctricas, teléfonos inteligentes y computadoras portátiles. A nivel mundial, los investigadores se encuentran actualmente en el proceso de desarrollar una nueva generación de tales baterías con un rendimiento mejorado. En la mayoría de las baterías de iones de litio en estos días, el polo positivo está compuesto por los óxidos de metales de transición cobalto, níquel y manganeso, el polo negativo del grafito. Sin embargo, en las baterías de iones de litio más potentes de la próxima generación, elementos como el estaño o el silicio pueden usarse en el polo negativo.
Baterías de iones de litio a base de nanomateriales
Investigadores del Laboratorio de Química Inorgánica en ETH Zurich y Empa han desarrollado ahora baterías de iones de litio basadas en nanomateriales.
Estructura
El nanomaterial tiene diminutos cristales de estaño como ánodo de la batería. Durante la carga, los iones de litio se absorben en este electrodo y se liberan nuevamente durante la descarga. Con más iones de litio, los electrodos pueden absorber y liberar y, por lo tanto, se puede almacenar más energía en la batería. Aquí, cada átomo de estaño puede absorber al menos cuatro iones de litio, pero cambia de volumen. En los electrodos de estaño, los cristales de estaño se vuelven hasta tres veces más grandes al absorber una gran cantidad de iones de litio y se encogen nuevamente cuando los libera, lo que es un desafío para los investigadores. Si el electrodo estuviera hecho de un bloque de estaño compacto, esto sería prácticamente imposible. Para superar este inconveniente, los investigadores utilizan la nanotecnología para producir los nanocristales de estaño más pequeños y uniformes e incrustar una gran cantidad de ellos en una matriz de carbono porosa y conductora permeable.
Durante el desarrollo del nanomaterial con tamaño y uniformidad ideales, los investigadores siguen dos pasos durante la formación de pequeños núcleos cristalinos y su posterior crecimiento al influir en el tiempo y la temperatura de la fase de crecimiento.
Desarrollo futuro
Con la elección de la mejor matriz de carbono y agente aglutinante posibles para los electrodos, y una estructura microscópica ideal para los electrodos junto con un líquido electrolítico óptimo y estable en el que los iones de litio pueden viajar hacia adelante y hacia atrás entre los dos polos, el Los investigadores creen que se pueden producir materiales base rentables adecuados para la producción de electrodos con mayor capacidad de almacenamiento de energía y vida útil.