Desarrollo y caracterización de ánodos basados en silicio poroso y grafito para baterías de ion litio

Abstract

The development of high-performance anodes for lithium-ion batteries (LIBs) requires materials with high specific capacity and structural stability. In this work, an approach for the functionalization of porous silicon (PS) is presented through the deposition of graphite nanoparticles, using a previously synthesized colloidal dispersion. The PS is obtained through electrochemical etching, and its interaction with graphite nanoparticles is subsequently optimized to improve the material's conductivity and stability. The characterization of the functionalized PS is carried out through gravimetric analysis and scanning electron microscopy to evaluate the morphology, composition, and degree of graphite coating on the silicon surface. Finally, the benefits of this material for its implementation in LIB anodes are discussed, highlighting its potential to improve cyclability and energy storage capacity.  El desarrollo de baterías de iones de litio (LIBs) con alta capacidad y estabilidad requiere materiales avanzados que combinen alta capacidad específica con buena conductividad eléctrica. En este trabajo se presenta el diseño y la caracterización de materiales basados en silicio poroso (SP) funcionalizado con nanopartículas de grafito, con el objetivo de evaluar su potencial para su futura implementación en ánodos de LIBs. El SP se obtuvo mediante grabado electroquímico controlado, mientras que las nanopartículas de grafito fueron sintetizadas a partir de coloides estabilizados por ultrasonido. Se caracterizó la porosidad del SP por métodos gravimétricos, mientras que la morfología y distribución de poros se analizaron por microscopía electrónica de barrido (SEM). La estabilidad y dispersión de los coloides se evaluaron en diferentes solventes, y el depósito sobre sustratos se realizó mediante spin coating. Los resultados obtenidos mostraron una porosidad del silicio en un rango de 35 a 90 %, con poros de 6 a 7 nm de diámetro y una velocidad de ataque de hasta 25 nm/s. Los coloides en etanol con 100 mg de grafito demostraron mayor estabilidad y uniformidad en el recubrimiento mediante spin coating, estableciendo así condiciones óptimas para futuras aplicaciones en ánodos funcionales. Estos resultados indican que los materiales presentan propiedades estructurales y de estabilidad coloidal adecuadas para su posible evaluación electroquímica en ánodos avanzados para LIBs