Os investigadores Pablo Taboada, Silvia Barbosa, Gerardo Prieto e Adriana Cambón (iMATUS) e Pablo del Pino, Beatriz Pelaz e Ester Polo (CIQUS) crearán ánodos de silicio para baterías mediante impresión 3D dentro do proxecto ” Nanomateriais derivados de MOFs basados en Silicio para a Fabricación Aditiva por Impresión 3D da Próxima Xeración de Ánodos para Baterías de Ions de Litio (MOFSiAN)”, pertencente á convocatoria “Proxectos Estratéxicos Orientados á Transición Ecolóxica e á Transición Dixital 2021″.
O almaceamento de enerxía electroquímica (EES) é unha das tecnoloxías máis prometedoras para aproveitar o potencial das fontes de enerxía renovables co fin de garantir un crecemento industrial sostible e reducir as emisións de gases de efecto invernadoiro e outros contaminantes, para o cal a promoción mundial do vehículo eléctrico (VE) é outra das apostas estratéxicas. Entre varios dispositivos EES, actualmente dominan o mercado as baterías recargables de iones de litio (LIB), que son utilizadas para alimentar dispositivos electrónicos portatis, instrumentos médicos e vehículos eléctricos de última xeración grazas á súa densidade enerxética, masa lixeira, longa vida útil, etc. Non obstante, os LIB achéganse á súa máxima capacidade teórica, o que limita o seu uso en VE/HVE de longo alcance e sistemas de almaceamento de longo alcance a gran escala que fan posible xestionar máis adecuadamente as fontes de enerxía renovables. Polo tanto, existe unha gran demanda de baterías con maiores densidades de enerxía, potencia, vida útil e tempos de recarga máis curtos. Para aumentar as densidades enerxéticas e as eficiencias de conversión son necesarios con urxencia: i) novos deseños de materiais que configuren os electrodos dos LIB, así como ii) a súa integración mediante procesos de fabricación máis flexibles, baratos e rendibles, dada a alta inmadurez doutros alternativas como Li-S, baterías Li-aire ou outros tipos baseados en ións metálicos e metal-aire (metal = Na, Mg, Ca, Al, Fe, K).
Este proxecto combinará o deseño e caracterización de nanopartículas porosas de nanosilicio@red metalo-orgánica (m-nSi@MOF) e compostos híbridos derivados de MOF con estrutura corazón@coraza, nanosilicio@carbono (m-nSi@C) e nanosilicio@óxido metálico@carbono (m-nSi@MO@C) porosos, como novos materiais ánodos para LIB co obxectivo de explotar a excelente capacidade teórica e a baixa tensión de absorción de ións Li do silicio ao tempo que se superan os inconvenientes asociados ao proceso como: o cambio excesivo no seu volume de silicio durante a súa litiación-deslitación e a súa deficiente condutividade electrónica e difusividade do Li, factores que impiden o seu desenvolvemento comercial.
Para satisfacer as crecentes demandas de sistemas EES con maiores densidades de enerxía e potencia, MOFSiAN tamén planea desenvolver unha metodoloxía de fabricación innovadora que permita a produción de andamios grosos e porosos a base de silicio cunha estrutura xerárquica tridimensional e maior masa de material activo. .Para iso, empregarase unha técnica de fabricación aditiva como a escritura directa en tinta, na que os nanocomposites híbridos de Si obtidos previamente serán os principais compoñentes das tintas empregadas para a impresión 3D dos microfilamentos que compoñen os ánodos destes novos LIB con alta densidade de enerxía. Ao longo do proxecto, tamén se buscará un coñecemento completo das correlacións entre o deseño de materiais, os parámetros de síntese/produción, as nano/microestruturas obtidas e o rendemento electroquímico.
En resumo, MOFSiAN debería representar un gran paso adiante no coñecemento científico sobre os LIB que, de ter éxito, suporá unha mellora clave na tecnoloxía e nas súas capacidades, abrindo novas posibilidades para aplicacións existentes e futuras.
