Los desafíos de almacenamiento de energía de nanotecnología

La nanotecnología tiene importantes contribuciones que hacer a la eficiencia de almacenamiento de energía. Varios grupos de investigación de nanotecnología han demostrado el potencial de las baterías con cinco a diez veces la densidad de potencia de las baterías de iones de litio actualmente disponibles. Pero no coger las llaves del coche para ir de compras de la batería. Varias cuestiones deben ser resueltas antes de que estas técnicas se incorporan en las baterías de una forma asequible.

• Eliminar las grietas de silicioInvestigadores de la Universidad de Stanford han crecido nanocables de silicio en un acero inoxidable sustrato (una estructura en la que una sustancia puede cultivar o depositado). Baterías construidas con ánodos utilizando estos nanocables de silicio tienen hasta diez veces la densidad de potencia de las baterías de iones de litio convencionales.

  Los nanocables de silicio eliminar el problema de agrietamiento de silicio que se produce cuando se utiliza silicio a granel. El agrietamiento es causado por la inflamación de silicio a medida que absorbe los iones de litio, mientras que la batería se recarga y la contracción de silicio como la batería está descargada (cuando los iones de litio dejan el silicio). Los investigadores encontraron que los nanocables de silicio se hinchan y se contraen, pero no se agrietan.

• Superar los límites de densidad de potencia: Las personas ocupadas en el MIT han desarrollado una técnica para depositar los nanotubos de carbono alineados sobre un sustrato para su uso como ánodo, y, posiblemente, el cátodo, en una batería de iones de litio. Las moléculas orgánicas unidas a los nanotubos de carbono ayudan a alinear verticalmente sobre el sustrato. Las moléculas contienen muchos átomos de oxígeno que proporcionan puntos que el litio iones pueden adjuntar a.

  Este método podría aumentar la densidad de potencia de las baterías de iones de litio de manera significativa, posiblemente hasta diez veces. Un fabricante de baterías llamado Contour Sistemas de Energía ha licenciado esta tecnología y tiene previsto utilizarlo en su próxima generación de baterías de iones de litio.

• Prolongación de la vida de la batería: Otra forma prometedora para aumentar la densidad de potencia de las baterías es incorporar azufre en el cátodo. El cátodo es el electrodo que los iones de litio se mueven a cuando la batería está descargada. En las baterías de litio-azufre, el cátodo es una combinación de carbono y azufre convencional.

  Los iones de litio se unen a moléculas de azufre y el carbono conduce los electrones hacia y desde los cables fuera de la batería. Sin embargo, el azufre puede disolver desde el cátodo, lo que limita la vida de la batería.

  Investigadores de la Universidad de Waterloo demostraron que podían reducir significativamente la pérdida de azufre desde el cátodo mediante la fabricación de carbono con muchas nanoporos pequeñas llenas de azufre.

  Varios investigadores han estado intentando durante años para conseguir baterías de litio-azufre a trabajar porque la reacción electroquímica con azufre de litio emite más energía, lo que debería hacer la densidad de potencia de las baterías de litio-azufre unas tres o cuatro veces mayor que las baterías de iones de litio. El trabajo de estos investigadores nos acerca el día en que las baterías de litio-azufre se convertirán en práctica.