Los científicos chinos han logrado un avance significativo en la tecnología de baterías de estado sólido al desarrollar un ánodo de silicio con una estructura tridimensional única diseñada para superar la inestabilidad inherente del material. El avance, dirigido por el profesor Chen Wanghua de la Universidad de Ningbo, aborda un obstáculo importante en el desarrollo de baterías de próxima generación: la tendencia del silicio a expandirse y degradarse durante los ciclos de carga.
El problema del silicio
El silicio es excepcionalmente prometedor para las baterías de litio de alta capacidad y, en teoría, contiene diez veces más energía que los ánodos de grafito convencionales. Sin embargo, su dramático cambio de volumen (más del 300%) durante la carga ha paralizado históricamente su aplicación en el mundo real. Esta expansión provoca estrés mecánico, daña las interfaces de la batería y disminuye rápidamente el rendimiento.
Como dice el profesor Chen Wanghua, el silicio es un “superportador” con un inmenso potencial de almacenamiento, pero que “se expande violentamente” y “colapsa” con el uso repetido. Esta inestabilidad ha sido durante mucho tiempo la principal barrera para aprovechar todo el potencial del silicio.
La solución “transpirable”
El equipo de investigación empleó deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD) para crear una novedosa arquitectura de silicio columnar integrada directamente con el colector de corriente. Este diseño presenta una estructura núcleo-carcasa de “doble fase” construida en dos pasos.
La innovación clave es la introducción deliberada de huecos entre nanocables de silicio alineados verticalmente. Esta red crea “válvulas de respiración” internas que permiten que el silicio se expanda hacia espacios reservados cuando los iones de litio entran, en lugar de aplastar el electrolito sólido circundante.
Efectivamente, los investigadores pasaron del uso de “polvo de silicio” a la construcción de un “bosque” de nanocables entretejidos que pueden adaptarse a la expansión sin fallas estructurales.
Rendimiento y durabilidad excepcionales
Las pruebas confirman el rendimiento superior del nuevo ánodo. La batería de estado sólido resultante mantuvo la entrega de energía incluso cuando se dobló o cortó, lo que demuestra una robustez mecánica y seguridad excepcionales.
Este avance representa un cambio hacia el diseño de materiales para baterías teniendo en cuenta tanto la conductividad iónica como la integridad estructural. Acerca significativamente las baterías de silicio de estado sólido de alta energía y larga duración a la realización práctica.
Esta investigación proporciona un camino técnico viable para desarrollar baterías de próxima generación, revolucionando potencialmente el almacenamiento de energía para vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos portátiles.
