El silicio le podría ganar la batalla al grafito, al menos así lo plantea un grupo de científicos del Pacific Northwest National Laboratory del Departamento de Energía de los Estados Unidos, que encontró una forma novedosa de utilizar este ingrediente de almacenamiento de energía.

 El silicio, que actualmente es utilizado en los chips de computadores y otros productos tecnológicos, resulta sumamente atractivo por su capacidad de soportar hasta 10 veces la carga eléctrica por gramo en comparación con el grafito. El problema es que el silicio se expande enormemente cuando se encuentra con el litio, y es demasiado débil para soportar la presión de la fabricación de electrodos.

Es por ello que un equipo dirigido por los investigadores del PNNL Ji-Guang (Jason) Zhang y Xiaolin Li desarrolló una nanoestructura única que limita la expansión del silicio mientras lo refuerza con carbono. La investigación publicada en la revista Nature Communications, es un primer paso hacia la creación de nuevos diseños de materiales de electrodos para otros tipos de baterías y, más adelante propiciar el aumento de la capacidad energética de las baterías de iones de litio de los automóviles eléctricos, dispositivos electrónicos, entre otros.

El proyecto ejecutado por estos científicos consiste en la creación de una forma porosa de silicio agregando pequeñas partículas de silicio en microesferas de unos 8 micrómetros de diámetro, aproximadamente del tamaño de un glóbulo rojo. Las microesferas de silicio tienen una extraordinaria resistencia mecánica debido a la adición de nanotubos de carbono.

"Un material sólido como la piedra, por ejemplo, se romperá si se expande demasiado en volumen", dijo Zhang. "Lo que hemos creado es más parecido a una esponja, donde hay espacio en el interior para absorber la expansión”.

Los investigadores crearon la estructura en varios pasos, comenzando por recubrir los nanotubos de carbono con óxido de silicio. Seguidamente, los nanotubos fueron puestos en una emulsión de aceite y agua para luego calentarse hasta la ebullición.

"Los nanotubos de carbono revestidos se condensan en forma de esferas cuando el agua se evapora", dijo Li. "Luego usamos aluminio y calor aún más alto para convertir el óxido de silicio en silicio, seguido de la inmersión en agua y ácido para eliminar los subproductos".

La resistencia de las esferas de silicio poroso se probó con la sonda de un microscopio de fuerza atómica. Los autores encontraron que una de las esferas de hilo de tamaño nanométrico "puede ceder ligeramente y perder algo de porosidad bajo una fuerza de compresión muy alta, pero no se romperá".

El siguiente paso, según Zhang, es desarrollar métodos más escalables y económicos para fabricar las microesferas de silicio para que un día puedan abrirse camino en la próxima generación de baterías de iones de litio de alto rendimiento.