La bateria de silici-aire és una nova tecnologia de bateries inventada per un equip dirigit pel professor Ein-Eli al Programa d'Energia Grand Technion del Technion – Institut Tecnològic d'Israel.
La tecnologia de les bateries de silici-aire es basa en elèctrodes d'oxigen i silici. Aquestes bateries poden ser lleugeres, amb una alta tolerància tant a condicions extremadament seques com a alta humitat. Igual que altres bateries ànode-aire, en particular les bateries metall-aire, les bateries de silici-aire depenen de l'oxigen atmosfèric per als càtodes; per tant, no inclouen cap material de càtode en les estructures, i això permet economies de cost i pes.
El 2009, cèl·lules experimentals que utilitzen electròlits líquids iònics a temperatura ambient han produït entre 1 i 1,2 volts a una densitat de corrent de 0,3 mil·liamperes per centímetre quadrat de silici.
Història Un primer report de recerca públic va ser escrit pel seu creador, Yair-Ein-Eli. Eli va començar la seva recerca al Technion–Institut Tecnològic d'Israel amb David Starosvetsky, l'estudiant de postgrau Gil Cohen del Technion, Digby Macdonald de la Universitat Estatal de Pennsilvània i Rika Hagiwara de la Universitat de Kyoto. Eli va triar el silici com a pila de combustible perquè té una alta energia específica, les grosses reserves de la primera matèria (el silici és el vuitè més abundant de l'Univers i el segon més abundant de l'escorça terrestre), la tolerància a llocs amb alta humitat i les propietats no tòxiques. En els experiments, van provar diferents energies i voltatges potencials, amb diferents solucions d'oxigen líquid. Els resultats experimentals i les teories sobre la bateria es van publicar en línia el 2009 a la revista Electrochemistry Communications. Això va cridar l'atenció d'organitzacions nord-americanes com l'Agència d'Investigacions de Projectes Avançats de Defensa (DARPA) i el Pentàgon, on el 2013 en van estudiar l'ús militar. El potencial teorètic és enorme, però el 2024 romanien encara problemes per resoldre, com la corrosió, la baixa eficiència de conversió de massa ànòdica i la potència de sortida limitada. Això en limita l’ús pràctic i potencial comercialització. Tot i això, l’avanç continu dels materials i els components electrònics eficients obre una gamma d'aplicacions potencials.
Disseny La font d'energia de la bateria es fabrica amb un líquid iònic conegut com a oligofluorohidrogenat d'1-etil-3-metilimidazoli (EMI·2.3HF·F), classificat a l'article com a líquid iònic a temperatura ambient (RTIL), i oblies que contenen altes quantitats de silici. Les oblies actuen com a ànode (oxidació de la font de combustible) i el RTIL actua com a electròlit que converteix les oblies en energia utilitzable. A l'estat inactiu, l'RTIL dissol les oblies a baixa velocitat perquè no hi ha cap semiconductor que acceleri la reacció. Quan es posi en ús, l'RTIL reaccionarà més rabent per dissoldre les oblies de silici, el que produirà energia que pot servir en qualsevol sistema electrònic. La bateria no té un càtode integrat que la majoria de bateries utilitzen per equilibrar la càrrega de l'ànode. En canvi, la membrana de la bateria permet que l'oxigen de l'atmosfera hi flueixi a través i actua com a càtode.
Espectre La tecnologia CMOS Stressed Pillar-Engineered Readied for Evanescence (SPECTRE) és investigada per Agència d'Investigacions de Projectes Avançats de Defensa (DARPA) i SRI International. Es basa en bateries de silici-aire amb una característica afegida: en equips on es nega a l'enemic la capacitat de beneficiar-se dels dispositius capturats o de la informació que es pot obtenir d'aquests dispositius, una bateria SPECTRE pot respondre a un senyal de mort autodestruint-se juntament amb el dispositiu que alimenta. Això té un interès en aplicacions militars.
Capacitat d'emmagatzematge La capacitat d'emmagatzematge de la bateria és molt comparable a la d'una bateria d'alumini-aire. L'energia específica de la bateria de silici-aire s'estima en 8470 Wh/kg i la densitat d'energia és d'uns 2109,0 Wh/L. El voltatge de la bateria és d'1 a 1,2 V. Mitjançant l'ús d'un sistema de flux d'electròlit dedicat, es poden aconseguir temps de descàrrega de més de 1000 hores per a electròlits aquosos, cosa que permet un ús del 100% de l'ànode de silici.
Aplicacions Un camp d'aplicació particularment prometedor de les bateries de silici-aire és l'alimentació de dispositius mèdics petits, com ara bombes diabètiques i audiòfons, en què una càrrega tediosa seria un desavantatge. La naturalesa de la bateria de silici-aire també la fa particularment adequada per a climes humits com ara les regions tropicals d'Àsia, Amèrica o Àfrica.
S'està investigant per a desenvolupar bateries de silici-aire per a aplicacions quotidianes. Alguns exemples són l'alimentació per a electrònica de consum com ara ordinadors portàtils i telèfons. Es fan recerques per a desenvolupar sistemes desplegables i escalables basats en aquesta tecnologia.
Referències
Categoria:Energia