Nos llena de orgullo y satisfacción ver cómo la ciencia no para en su búsqueda de la perfección para la bisoña industria de coches eléctricos y, en concreto, la de las baterías. Desde Asia suelen llegar novedades en nuevas investigaciones, ya sea de China, Japón o, como en este caso, de Corea del Sur, donde están buscando cómo mejorar los iones de litio de las pilas más utilizadas actualmente.

Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) del país coreano están trasteando en su sabiduría para implementar mejoras en este tipo de baterías que utilizan ánodos de grafito y dos tipos principales de cátodo: las diferentes variantes de níquel-magnesio (con cobalto o aluminio, entre otros) o las de litio-ferrofostato (LFP).

Lo que ocurre con estos ingredientes es que cada vez escasean más, por ende son más caros y, a su vez, tienen efectos medioambientales que derivan en políticas más estrictas. A esos factores debemos añadir que el rendimiento todavía tiene mucho margen de mejora. 

Con todos estos condicionantes, los investigadores proponen nuevas vías para mejorar este producto como ya está siendo el sodio. Pero no sólo este elemento químico puede ser la solución. Los coreanos han ideado las baterías de iones de litio con ánodo de silicio, que resuelve los problemas que se asocian al uso del grafito.

Ya hay un equipo de científicos que están desarrollando un plan que parta de una batería de iones de litio con ánodo de silicio para su aplicación a coches de cero emisiones. Están en ello el profesor Soojin Park, junto con el candidato a doctorado Minjun Je y el Dr. Hye Bin Son, del Departamento de Quícmica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH).

Si por algo destaca el silicio es por su alta capacidad de almacenamiento. Este hecho le permite ser un componente anódico en las citadas pilas de iones de litio que utilizan los vehículos electrificados. 

Pero no es todo oro lo que reluce en el silicio porque, aunque tiene un gran potencial como componente, integrarlo en aplicaciones prácticas sigue siendo un quebradero de cabeza para los investigadores.

Bien es cierto que desde Corea llegan noticias positivas porque han desarrollado un sistema de batería de iones de litio de alta densidad energética, vigoroso y fácil de incorporar, que echa mano de micropartículas de silicio en el ánodo y electrolitos de polímero en gel. Este progreso ya se ha publicado en la revista Advanced Science.

El reto de este tipo de pilas de silicio pasa porque no afecte a la eficiencia de la batería su expansión durante la carga y contracción durante la descarga. Se sabe que la utilización de este elemento químico tiene un tamaño nanométrico y que ataca el citado problema, aun hay otro que resolver: el intrincado proceso de producción y su alto coste, que supone tener un elevado presupuesto.

Frenar la expansión del silicio, la clave

Las limitaciones de este proyecto surgen debido a la expansión de las partículas de silicio durante el funcionamiento de la batería porque ya se ha estudiado que el uso del silicio a escala micro (10 -6 m) tiene una buena rentabilidad ofreciendo una alta densidad de energía. Pero no es suficiente.

Los investigadores de POSTECH han fabricado un sistema de batería que se basa en silicio. Han empleado electrolitos de polímeros en gel para mejorar la estabilidad. Utilizaron un haz de electrones para formar enlaces covalentes entre el microsilicio y los electrolitos en gel, con lo que aligeran la tensión interna y mejoran la estabilidad estructural durante el ciclo de carga y descarga de la pila.

Tras esta intervención se pudo comprobar que la batería demostró un rendimiento compacto incluso con micropartículas de silicio (5 μm), aun siendo éstas cien veces más grandes que las que usaronen los ánodos de nanosilicio tradicionales.

Por último, cabe resaltar que este sistema de electrolitos de gel de silicio reveló que tiene una conductividad iónica comparable a la de las baterías estándar que utilizan electrolitos líquidos, con un aumento aproximado del 40 % en la densidad de energía. Igualmente, el proceso de fabricación del sistema del equipo es sencillo y ya está preparado para ejecutarlo.