Cada vez con mayor frecuencia, la aplicación de conocimientos científicos está siendo el motor fundamental del desarrollo sostenible de la humanidad, y la ingeniería y el ingenio humano juegan un papel esencial en este proceso.
Un buen ejemplo es el proporcionado por un estimado colega, ingeniero mecánico, quién nos envía información generada en el boletín de la University of California, Riverside (UCR) donde el 19 de abril se publicó que investigadores del su “Bourns College of Engineering” han utilizado botellas de vidrio reciclables y un proceso químico de bajo costo para crear ánodos de nanosilicio, los cuales se utilizaron para fabricar baterías de iones de litio de alto rendimiento. Las baterías ampliarán la gama de vehículos eléctricos e híbridos, y proporcionarán más energía a menor costo para los dispositivos electrónicos personales tales como teléfonos celulares y computadoras portátiles.
Esta investigación se documentó en el artículo "Silicon Derived from Glass Bottles as Anode Materials for Lithium Ion Full Cell Batteries," el cual se publicó en la revista “Nature Scientific Reports”. Cengiz Ozkan, profesor de ingeniería mecánica, y Mihri Ozkan, profesora de ingeniería eléctrica de la UCR lideraron el proyecto.
Aún con todos los programas de reciclaje de hoy en día, miles de millones de botellas de vidrio terminan en basureros cada año, lo que llevó a los investigadores a preguntarse si el dióxido de silicio en las botellas de bebidas reciclables podría proporcionar nanopartículas de silicio de alta pureza para elaborar baterías de iones de litio.
Los ánodos de silicio pueden almacenar hasta 10 veces más energía que los ánodos de grafito convencionales, pero la expansión y la contracción durante la carga y la descarga los hacen inestables. La reducción del silicio a nanoescala ha demostrado minimizar este problema, y al combinar una forma abundante y relativamente pura de dióxido de silicio y una reacción química de bajo costo, los investigadores crearon baterías de iones de litio de media celda que almacenan casi cuatro veces más energía que los ánodos de grafito convencionales.
Para crear los ánodos, el equipo utilizó un proceso de tres pasos que implicó, primero triturar y moler los frascos de cristal hasta obtener un fino polvo blanco, luego con una reducción magnesiotérmica se transformar el dióxido de silicio en silicio nanoestructurado, y finalmente se recubrieron las nanopartículas de silicio con carbón para mejorar su estabilidad y propiedades de almacenamiento de energía.
Como era de esperar, las baterías de células tipo botón fabricadas con ánodos de silicio a base de botellas de vidrio superaron en gran medida a las baterías tradicionales en las pruebas de laboratorio. Los electrodos derivados de silicio de vidrio recubierto con carbono (gSi @ C) demostraron un excelente rendimiento electroquímico con una capacidad de ~ 1420 mAh/g a una velocidad de C/2 después de 400 ciclos.
Changling Li, estudiante de postgrado en ciencias de los materiales e ingeniería y autor principal del artículo de la investigación, dijo que una botella de vidrio proporciona suficiente nanosilicio para cientos de baterías de celdas de botón o de tres a cinco baterías de celdas.
"Comenzamos con un producto de desecho que terminaría en el basurero y creamos baterías que almacenan más energía, se cargan más rápido y son más estables que las baterías comerciales de celdas tipo botón, por lo que tenemos los candidatos más promisorios para la nueva generación de baterías de iones de litio, dijo Li.
Esta investigación es la última de una serie de proyectos dirigidos por Mihri y Cengiz Ozkan para crear ánodos de batería de iones de litio de materiales ecológicos. La investigación anterior se centró en el desarrollo y la prueba de ánodos a base de hongos portabella, arena y tierra de diatomeas (ricos en fósiles).
Fuente:
https://ucrtoday.ucr.edu/46307
