Un nuevo informe de IDTechEx estima que incorporar un 20% de silicio en un ánodo podría mejorar la densidad energética de una batería en un 17%, siendo esta una de las principales razones por las que un alto número de empresas en etapa inicial se están enfocando en el desarrollo de materiales de ánodo de silicio, en comparación con otras áreas de desarrollo de iones de litio.

Silicio tiene el potencial de aumentar significativamente la densidad de energía de la batería porque tiene una capacidad de un orden de magnitud mayor que el grafito de uso común. 

Según IDTechEx, esto significa que a nivel de celda la densidad de energía casi podría duplicar el nivel de las actuales, aportando beneficios evidentes a la autonomía de los vehículos eléctricos o al tiempo de funcionamiento de los teléfonos inteligentes. 

“Más allá de este número principal, el silicio también puede mejorar el atractivo de las celdas de menor energía, como el fosfato de hierro y litio (LFP), reduciendo la brecha con las celdas de tipo níquel-manganeso-óxido de cobalto (NMC) y minimizando la desventaja principal de LFP, especialmente para vehículos eléctricos de batería”, se lee en el informe.

El investigador de mercado destaca que, aunque los ánodos de silicio tienen muchas ventajas, tienen una vida útil corta porque los cambios de volumen que experimentan durante el ciclo conducen al consumo de electrolito y litio y provocan tensiones mecánicas que finalmente resultan en la pérdida de conductividad eléctrica e iónica.

“Incorporar porosidad, aditivos electrolíticos y redes conductoras y aglutinantes son solo algunas de las soluciones que se están desarrollando”, señala el dossier. “El silicio también tiene un riesgo reducido de formación de dendritas, mientras que la porosidad y los aditivos conductores que generalmente se necesitan ayudan más con la capacidad de carga rápida y el funcionamiento a bajas temperaturas. En general, los ánodos de silicio representan una propuesta muy prometedora y las empresas ahora anuncian celdas con ciclos de vida razonables, lo que demuestra que el inconveniente clave del silicio está cerca de ser superado”.

Ánodos de metal de litio

IDTechEx también aboga por los ánodos de metal de litio, afirmando que son muy prometedores para mejorar la densidad de energía a pesar de que tienen un ciclo de vida deficiente y también tienen un mayor riesgo de formación de dendritas y cortocircuitos.

“Los electrolitos de estado sólido se están desarrollando ampliamente como una solución, pero también se están explorando diseños que utilizan una barrera protectora delgada y un electrolito líquido estable como un medio para habilitar ánodos de metal de litio”, se lee en el informe. “SES es un ejemplo destacado de una empresa que utiliza este tipo de enfoque. De hecho, el uso de un sistema separador/electrolito más convencional puede ser beneficioso para la densidad de energía y la capacidad de fabricación, aunque es posible que los beneficios de seguridad de usar un electrolito sólido deban disminuir hasta cierto punto”.

En opinión de los expertos de la firma británica, más allá de la densidad energética, los fabricantes también están mirando capacidades de carga rápida, algo para lo que los ánodos de silicio pueden ser muy adecuados, mientras que aún se deben realizar mejoras para las celdas basadas en metal de litio. 

“Algunas aplicaciones pueden requerir capacidad de carga rápida y ciclos de vida muy largos más allá de los 1000 ciclos generalmente posibles con Si o Li”, afirma el documento. “Toshiba, Echion y Nyobolt están desarrollando materiales de ánodo más novedosos basados en óxidos de niobio y tungsteno, con promesas de tiempos de carga de 5 a 6 minutos, ciclos de vida de decenas de miles, pero con densidades de energía que probablemente se sitúen por debajo de LFP”.

A pesar de los desafíos que aún deben abordarse, para IDTechEx la clave del éxito de los ánodos de silicio y litio-metal está comenzando a cambiar hacia cómo estas soluciones pueden fabricarse a escala e integrarse en los procesos de fabricación de baterías actuales. 

“Con ventajas y desventajas similares, en última instancia, la pregunta no será sobre el uso de silicio o litio, sino sobre la implementación de una determinada innovación o solución”, concluye el informe.

(Publicado originalmente en Mining.com)