Silicio amorfo como electrodo alternativo al grafito para baterías de ion-litio

Abstract

[spa] El grafito es el material más empleado como electrodo en baterías de ion-litio. Por contra, es un material con baja capacidad energética (372 mAhg-1) y además es uno de los materiales considerados como críticos dado su gran volumen de uso y su posible riesgo de suministro. Por ello, se debe potenciar la búsqueda de materiales alternativos, que sean abundantes, sostenibles y con mejores prestaciones que el grafito. En este trabajo proponemos el silicio, cuantioso y con una capacidad de almacenaje once veces superior al grafito. En cambio, debido a los grandes cambios de volumen durante la litiación, tiende a romperse, disminuyendo así el tiempo de vida de las baterías. Para solventar este problema, hemos investigado el silicio amorfo en lámina delgada y en nanoestructuras, ya que debido a su estructura amorfa, porosidad y elevada superficie específica, absorbe mejor los cambios de volumen. Además, es más viable económicamente que el silicio cristalino. Con este tipo de electrodos, hemos logrado baterías con capacidades superiores a 2500 mAhg-1 tras 50 ciclos de carga-descarga.

[eng] Graphite is the material most used as an electrode in commercial lithium-ion batteries. On the other hand, it is a material with low energy capacity (372 mAhg-1) and also, it is one of the materials considered as raw critical material given its large volume of use and its possible supply risk. Therefore, we must promote the search for alternative materials that are abundant, sustainable and with better performance than graphite. In this work, we propose silicon, which is abundant and has a storage capacity eleven times higher than graphite. On the other hand, due to the high volume expansion during lithiation, it tends to crack, limiting the life of the batteries. To solve this problem, amorphous silicon as thin film and nanostructures has been investigated, since due to its amorphous structure, porosity and high specific surface, it could better absorb changes in volume. Furthermore, it is more economically viable than crystalline silicon. With this type of electrodes, we have achieved batteries with capacities greater than 2.500 mAhg- 1 after 50 charge-discharge cycles.