Pilas de ión-litio 3 veces más eficaces gracias a usar arena

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Unos investigadores han desarrollado una batería de ión-litio hecha parcialmente de arena que triplica el rendimiento del actual conjunto estándar de materiales. Además, por las características de la arena, que es sin duda un material muy común y natural, la mejora lograda es también respetuosa con el medio ambiente y tiene un costo económico muy bajo. Esta línea de investigación y desarrollo está centrada en construir mejores baterías de ión-litio, principalmente para electrónica de consumo y vehículos eléctricos.

El proceso ideado por el equipo de Zachary Favors, Cengiz Ozkan y Mihri Ozkan, de la Universidad de California en la ciudad estadounidense de Riverside, permite concretamente producir ánodos de batería de ión-litio de alto rendimiento, a bajo coste y sin generar residuos tóxicos.

Aunque pueda parecer exótico usar arena en electrónica, hay que tener en cuenta que este material natural es rico en dióxido de silicio.

El grafito es el actual material estándar para el ánodo, pero a medida que la electrónica se ha ido haciendo más potente, la capacidad del grafito de poder ser mejorado se ha agotado casi por completo, al menos a efectos prácticos.

Los investigadores están ahora centrados en utilizar silicio a escala nanométrica, como reemplazo para el grafito. El problema con dicho silicio nanométrico es que se degrada rápidamente y que es difícil de producir en grandes cantidades.

Favors se puso a resolver ambos problemas. Tomó arena rica en cuarzo, la molió hasta la escala nanométrica, y la sometió a diversos pasos de purificación, lo que, entre otros efectos, hizo cambiar su color de marrón a blanco brillante, similar en tonalidad y textura a las del azúcar en polvo.

A continuación, molió sal y magnesio, ambos muy comunes en el agua marina donde se encuentran disueltos, y los agregó al cuarzo purificado. El polvo resultante fue entonces calentado. Con la sal actuando como absorbente de calor, el magnesio eliminó el oxígeno del cuarzo, lo que resultó en silicio puro.

El buen resultado final colmó las expectativas del equipo de Favors. Él y sus colaboradores encontraron también una sorpresa positiva añadida. El nanosilicio puro se formó con una consistencia semejante a la de una esponja, en este caso una esponja que estuviera hecha de silicio tridimensional muy poroso. Esa porosidad ha demostrado ser decisiva en la mejora del rendimiento de las baterías construidas con el nanosilicio.

El rendimiento así mejorado podría significar una expansión, de hasta tres veces o más, en la vida útil de las baterías basadas en silicio y usadas en vehículos eléctricos, lo cual sería notable para los consumidores, considerando que las baterías de recambio cuestan miles de dólares. Para los teléfonos móviles o las tabletas, podría significar tener que recargarlos cada tres días, en vez de cada día.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Wei Wang, Hamed Hosseini Bay, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed y Chueh Liu.

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