¿Cómo será la batería del futuro? La batería de silicio

Hoy por hoy, tenemos a nuestra disposición diferentes fuentes de energía renovable, sin embargo, aún necesitamos una forma de almacenar esa electricidad. Desgraciadamente, aún necesitamos electricidad cuando el viento ha dejado de soplar. Por la noche nuestra instalación de autoconsumo fotovoltaico no nos genera energía y así con otras fuentes, sean o no renovables.

¿Por qué no se utiliza el silicio en las baterías actuales?

El silicio es un material que sufre mucho al ser empleado para almacenar electricidad. En los procesos de carga y descarga se deteriora aumentando su volumen. Es por ello que cuando se estudió como posible material para fabricar las baterías solares o de automoción se tuvo que descartar. Así, surgieron las baterías de litio con ánodos de grafito, ya que no presentaban dicho problema. También se ha estudiado el grafeno, desde su descubrimiento hace unos años.

Sin embargo, diferentes investigadores han trabajado durante algún tiempo, estudiando qué sucedía con el silicio y qué solución se podía aportar para resolverlo. La razón es muy sencilla, el silicio es uno de los materiales más abundantes en la tierra y su obtención es relativamente económica. Si se consigue solucionar el problema de la degradación, se podrían fabricar baterías fotovoltaicas a un precio económico.

Pues bien, varios científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han descubierto qué le sucede al silicio. Durante sus estudios, los investigadores han descubierto que, al producirse la descarga en una batería de litio con ánodo de silicio, se iban creando huecos que iban creciendo en tamaño. En estos huecos se iba introduciendo el electrólito líquido, haciendo que el ánodo perdiera eficiencia en su trabajo de carga y descarga.

Ánodo-de-silicio.

Al detectar el problema que sucede en el ánodo de silicio, los investigadores han empezado a trabajar para solucionarlo. Una vez que lo consigan, se podría lanzar la fabricación de baterías de silicio a un precio mucho más reducido que el de las actuales de litio.

Ventajas de la batería de silicio

En realidad, la batería seguiría siendo de litio, aunque con un ánodo de silicio. Sin embargo, este cambio en la estructura de la batería le confiere unas características que la hacen mucho más viable que la actual batería de litio. Para empezar, tenemos la gran disponibilidad del material, reduciendo la necesidad de litio.

Otra gran ventaja que supone el cambio es el peso de la batería resultante, ya que sería mucho más pequeña y ligera que las actuales. Esto va a repercutir en diferentes mejoras, tanto si se usan en la automoción como en las instalaciones fotovoltaicas. En los vehículos, por el hecho que, a menor peso, se consigue mayor autonomía con la misma carga de combustible. En cuanto a las instalaciones fotovoltaicas, por el hecho de que las hará aún más baratas, facilitando que muchas personas se independicen energéticamente de una forma total.

También se ganaría en capacidad de carga, pudiendo almacenar mucha más electricidad en baterías más pequeñas. Y, además, gracias al silicio, el proceso de carga se realizaría en mucho menos tiempo. Esto haría que para su utilización en los vehículos eléctricos fuese mucho más eficiente que en la actualidad.

¿Por qué se quiere emplear el silicio en las baterías?

Dentro de los componentes o partes de una batería eléctrica, el ánodo es el electrodo donde se produce la oxidación. Dicho de otro modo, el polo negativo de la pila. Hoy en día las celdas de las baterías solares tienen ánodos de grafito. Si hablamos de las celdas con mayor capacidad de almacenar electricidad, ya contienen un pequeño porcentaje de silicio.

Esta cantidad varía entre un 5% y un 10%. No obstante, las empresas fabricantes y laboratorios de investigación trabajan para poder utilizar el silicio en concentraciones mayores. El motivo por el que se pretende usar silicio en el ánodo es muy sencillo. Al tener al silicio como material base del ánodo se gana en densidad energética hasta diez veces más que con uno de grafito. Es decir, la capacidad de almacenar electricidad es diez veces mayor.

Esto es debido a que el silicio tiene una capacidad energética mucho mayor en cuanto a su masa y volumen, que el grafito. El silicio tiene una densidad gravimétrica aproximada de 4200 mA h/g, en cambio, el grafito únicamente cuenta con 372 mA h/g. Densidad energética gravimétrica de un material es la cantidad de energía que es capaz de almacenar en relación con su masa. La densidad energética gravimétrica también puede denominarse energía específica.

Es por ello que con mucho menos material se puede almacenar más cantidad de energía, en este caso electricidad. Así, con las baterías de silicio, el tamaño podría ser mucho menor y por supuesto su peso, en comparación con las actuales. Además, disponer de un ánodo de silicio, permitiría a las baterías realizar una carga mucho más rápida. Algo que sería ideal para el sector del transporte y la movilidad eléctrica.

Fuente:  Amazings® / NCYT®