Un reciente estudio destaca el impacto de las mejoras químicas y electroquímicas en láminas de cobre para ánodos de silicio en baterías de litio.
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Innovaciones en el tratamiento de láminas de cobre
Un análisis publicado en la revista Surfaces and Interfaces ha puesto de manifiesto el rol clave de las láminas de cobre como colectores de corriente en las baterías de iones de litio. Según el estudio, la reducción en el espesor de estas láminas, destinada a disminuir costos y peso, enfrenta desafíos significativos como el desprendimiento de material activo y la corrosión, con implicancias directas en la vida útil de las baterías. Para contrarrestar esta problemática, el equipo de investigación implementó dos métodos de modificación superficial: un tratamiento químico denominado B-Cu, basado en grabado localizado que produce microestructuras, y un proceso electroquímico conocido como E-Cu, que utiliza depósitos controlados de cobre para crear estructuras dendríticas.
Mediante técnicas avanzadas como microscopía electrónica, espectroscopía XPS, pruebas de pelado a 180° y ensambles en baterías con ánodos de silicio/grafito, los investigadores analizaron comparativamente láminas tratadas y sin tratar (conocidas como R-Cu). Los datos revelan que ambos tratamientos incrementaron notablemente la rugosidad superficial —pasando de 0,231 μm en R-Cu a 0,298 μm y 0,324 μm en E-Cu y B-Cu, respectivamente—, además de alterar la química superficial mediante la formación de óxidos y películas orgánico-inorgánicas. Estas modificaciones resultaron en una adhesión entre colector y capa activa hasta un 165 % superior en el caso de B-Cu respecto al cobre sin tratar, marcando una diferencia significativa en el desempeño.
Impacto en la eficiencia y durabilidad de las baterías
Las pruebas electroquímicas efectuadas en el marco de esta investigación arrojaron resultados prometedores en cuanto a la mejora de la estabilidad frente a la corrosión y la reducción de la resistencia de transferencia de carga. Estos factores son críticos para optimizar la eficiencia en los procesos de carga y descarga de baterías. Las baterías ensambladas con láminas tratadas demostraron no solo mayores capacidades específicas, sino también una mejor retención del ciclo y estabilidad en condiciones de alta densidad de corriente. Incluso luego de 250 ciclos de carga y descarga, las láminas B-Cu mantuvieron una adhesión interfacial superior, señalando que estos tratamientos son eficaces para atenuar los efectos derivados de la expansión del silicio, un fenómeno común en este tipo de ánodos.
En palabras de los expertos, “estos hallazgos confirman que optimizar la superficie de los colectores de corriente de cobre es clave para mejorar la durabilidad y el rendimiento de las baterías de litio”. Este avance técnico no solo allana el camino para la producción de celdas de alta eficiencia a nivel industrial, sino que también tiene implicancias directas sobre el desarrollo de tecnologías de almacenamiento de energía, altamente relevantes en el contexto de la transición energética global donde Chile, como actor clave en la producción de cobre y litio, podría jugar un papel significativo.
