Un equipo de investigación francés ha logrado sintetizar un material llamado siloxeno, una estructura bidimensional de silicio que evita la expansión de volumen que sufre el ánodo de una batería de litio, con la consiguiente pérdida de capacidad y reducción de su vida útil. Esta investigación abre la puerta al uso del silicio como componente de las baterías de los coches eléctricos, que pueden aumentar su autonomía gracias a alta capacidad energética.
El silicio es un material crítico para diferentes tecnologías, como los circuitos integrados, la energía fotovoltaica, la optoelectrónica y, de forma reciente y muy demandada, las baterías. Formando parte del ánodo, es uno de los materiales más prometedores para las baterías de iones de litio y de sodio debido a su alta capacidad teórica que puede alcanzar hasta los 3.590 mAh/g y los 954 mAh/g respectivamente.
Sin embargo, su aplicación práctica se ve dificultada por una serie de obstáculos. En el caso de litio provoca una expansión de volumen extrema (310%), lo que resulta en un rápido descenso de la capacidad. En el caso del sodio la lenta cinética y el radio iónico, la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable más alejado del mismo, dificultan la adición de los iones de sodio.
En un intento por abordar estos problemas, recientemente se está prestando atención a las estructuras bidimensionales de silicio: siliciuro de calcio, polisilano y siloxeno. Estos compuestos tienen capacidad potencial para amortiguar los cambios de volumen del electrodo durante los ciclos de carga y descarga. Además son fáciles de sintetizar mediante métodos de química suave.
El siloxeno es un grupo de compuestos que contienen silicio, oxígeno e hidrógeno, que se polimerizan con facilidad dando lugar a siliconas. Un grupo de investigadores franceses ha demostrado la versatilidad del siloxeno como material de ánodo para baterías de litio y de níquel. El material del electrodo está formado por una estructura consistente en paneles de silicio con una excelente capacidad de retención y eficiencia culómbica, es decir que es posible la generación de energía eléctrica a partir de muy poca cantidad de material.
Ilustración de la síntesis del siloxeno por reacción con HCl.
El resultado de la investigación ha sido publicado en el Journal of Power Sources, donde los científicos explican la capacidad del siloxeno laminar en la reversibilidad de la carga y la descarga, además de una buena capacidad de retención de energía y una alta eficiencia culómbica,
Esta es la primera vez que un electrodo basado en silicio muestra una estabilidad tan alta sin la que se produzca una expansión de volumen, eliminando la pérdida de rendimiento y representando un avance real en el campo de las baterías.
El siguiente paso es llevar a cabo experimentos adicionales para una lograr una comprensión avanzada de la química interna, en particular el papel de las diferentes superficies durante la primera descarga y determinar las condiciones de ciclo óptimas para mejorar el rendimiento.
