Silicio sostenible para ánodos de baterías de litio a partir de la cascarilla de arroz

El Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) lleva a cabo Sinclair, un proyecto que investiga nuevos materiales anódicos más sostenibles para baterías de litio de mayor capacidad.

En los laboratorios del ITE se ha diseñado una tecnología que permite transformar el silicio que se encuentra de forma natural en algunos residuos de origen agrícola –como es la cascarilla de arroz– en un silicio que tiene las propiedades adecuadas para ser empleado en la fabricación de la nueva generación de baterías de litio, en concreto, se introduce en los ánodos convencionales de grafito.

“Analizando el material obtenido, caracterizándolo y comparándolo con silicios modelo utilizados como ánodos en baterías ion litio –explican desde ITE– podemos afirmar que la porosidad, estructura y composición de los silicios sostenibles obtenidos en el proyecto Sinclair es comparable a estos compuestos modelo empleados actualmente como ánodos de silicio”, dicen los investigadores.

Además de más sostenibles, las baterías serán más económicas, según los investigadores: “La producción de la matriz carbonosa mediante procesos pirolíticos a partir de residuos que contengan silicio en sus cenizas (el procedimiento que se ha usado en Sinclair) supone un menor coste que el habitual, pues normalmente, el carbón empleado para baterías de litio es carbón grafito, que se obtiene mediante procesos que emplean unas temperaturas muy elevadas para conseguir que el carbono se ordene”, dice un portavoz del ITE a pv magazine, y añade: “Además, al ser residuos de proximidad se reducen los costes de transporte. Por otro lado, el silicio contenido en las materias primas, generalmente no se encuentra en estado metálico, y este industrialmente se trasforma a silicio metálico empleando procesos térmicos que emplean temperaturas superiores a los 1500ºC en algunos casos. Con la tecnología de Sinclair, se reduce esta temperatura de una forma considerable inferior a los 1000ºC. Esto representa un menor coste energético y por tanto una disminución del coste de fabricación de las baterías”, explican.

Además, se ha desarrollado una técnica novedosa de preparación de los electrodos como es la serigrafía, que, según los investigadores, permite más precisión en la deposición, ahorro de material y miniaturización diseño.

En ese momento, se ha optimizado la formulación, se ha analizado su comportamiento electroquímico a nivel de celda y posteriormente ha sido validado su funcionamiento en el interior de una batería. “Se han obtenido resultados satisfactorios para cantidades de silicio inferiores al 10%”, dicen los investigadores a pv magazine.

La cadena de valor del proyecto abarca diversos eslabones. Por un lado, se ha visto que numerosos elementos de la naturaleza contienen silicio y por tanto son susceptibles de ser empleados en la tecnología de Sinclair. Es el caso de las plantas monocotiledóneas (como la caña de azúcar, el arroz y diversos cereales), el estiércol de vaca o lodos provenientes de aguas residuales. Además, hay residuos procedentes del sector fotovoltaico –como los paneles fotovoltaicos cuando llegan al fin de su vida– que, al contener grandes cantidades de silicio, son susceptibles de emplearse con esta tecnología.

Como posible inconveniente, desde el ITE afirman que, “en función del tipo de residuo que se use, puede contener impurezas de otros metales y, por tanto, se requeriría de una etapa de limpieza y purificación más exhaustiva. Además, la disponibilidad de las materias primas o residuos podría suponer un inconveniente”.

Esta investigación está apoyada por la Generalitat Valenciana a través de la Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital mediante convenio de I+D dentro de las ayudas dirigidas a centro tecnológicos de la Comunitat Valenciana (Expediente: CONV22/DGINN/11).