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El futuro de las nanobaterías: ¿Por qué los nanocables de silicio pueden convertirse en la nueva estrella de las baterías?
En los últimos años, el desarrollo de la tecnología de nanobaterías ha seguido el ritmo del rápido crecimiento de la demanda mundial de soluciones de almacenamiento de energía, especialmente con el auge de los vehículos eléctricos y las energías renovables. Las nanobaterías utilizan nanocables para aumentar la superficie de los electrodos de la batería, un diseño que mejora significativamente la capacidad de la batería. Aunque se han propuesto variantes de baterías de iones de litio hechas de silicio, tantalio y óxido de metales de transición, aún no se han comercializado.
Estas nuevas baterías incorporan un reemplazo para el electrodo negativo de grafito tradicional y podrían mejorar significativamente el rendimiento de la batería.
Silicio: el nuevo favorito de las baterías
Los materiales de silicio son muy valorados por su voltaje de descarga y su capacidad de carga teórica ultraalta, y pueden ser una opción ideal para los futuros electrodos negativos de las baterías de litio. Según la investigación, la capacidad teórica del silicio es casi diez veces mayor que la del ánodo de grafito estándar utilizado actualmente en la industria. El formato de nanocables ayuda a mejorar aún más estas propiedades porque aumenta el área de superficie en contacto con el electrolito, aumentando así la densidad de potencia y permitiendo una carga y descarga más rápidas.Aunque el silicio puede expandirse hasta un 400 por ciento durante la carga y eventualmente precipitarse, el diseño de nanocables puede mitigar eficazmente este inconveniente.
El daño de los nanocables de silicio se debe principalmente al cambio de volumen durante el proceso de carga, lo que conduce a la formación de grietas y finalmente se manifiesta como pérdida de capacidad. Sin embargo, el pequeño diámetro de los nanocables reduce eficazmente el daño causado por esta expansión, lo que les permite servir como canales directos para el transporte de carga mientras se conectan a los colectores de corriente, en comparación con el movimiento partícula por partícula requerido para los electrodos basados en partículas. La eficiencia mejora enormemente. El potencial del germanio
Otra ventaja de los nanocables de io alemanes es su alta capacidad teórica y su excelente rendimiento en el proceso de inserción de litio. Aunque el tantalio también se expande y se descompone cuando se carga, puede insertar litio 400 veces más eficientemente que el silicio, lo que lo convierte en un material de electrodo negativo más atractivo. Se dice que los nanocables de ium alemanes todavía pueden mantener una capacidad de 900 mAh/g después de 1.100 ciclos de carga y descarga.
Aplicaciones de los óxidos de metales de transición
Los óxidos de metales de transición (TMO), como Cr2O3, Fe2O3, etc., tienen muchas ventajas sobre los materiales de batería tradicionales y son opciones ecológicas y no tóxicas. La alta capacidad energética teórica de estos materiales los convierte en candidatos para baterías de iones de litio. Las investigaciones han demostrado que los nanocables fabricados con TMO tienen un gran potencial como electrodos de batería, y los experimentos han demostrado que pueden proporcionar una salida de potencia estable y un ciclo de vida prolongado.
Por ejemplo, las últimas investigaciones que utilizan nanocables de PbO2 han demostrado que pueden mantener una capacidad estable de 190 mAh/g después de 1.000 ciclos de carga y descarga, lo que indica que el material tiene el potencial de convertirse en un excelente sustituto de las baterías de plomo-ácido. .
Innovación en nanocables de oro
En 2016, un equipo de investigación de la Universidad de California en Irvine anunció un nuevo material de nanocables que podría soportar más de 200.000 ciclos de carga sin ninguna rotura física. Se espera que la llegada de esta tecnología promueva el desarrollo de baterías de larga duración, de modo que ya no sea necesario reemplazar las baterías de muchos productos electrónicos.
Mirando hacia el futuro
Aunque muchos tipos de nanobaterías han demostrado un rendimiento excelente, aún enfrentan desafíos como la fragilidad y la estabilidad del material. A medida que la investigación continúa profundizándose, las nanobaterías podrían comercializarse en el futuro y cambiar por completo nuestra comprensión de la tecnología de las baterías. Ahora, a medida que la tecnología de nanobaterías madura, deberíamos pensar en una pregunta: ¿Pueden las nanobaterías convertirse en una opción generalizada en las futuras soluciones de almacenamiento de energía?
