El regreso del silicio: del chip a las baterías de Ion-Li

El silicio ha sido uno de los grandes motores del progreso tecnológico. Desde su papel clave en los microchips hasta su liderazgo en la energía solar, ha marcado hitos fundamentales. Hoy, en plena transición energética, vuelve a destacar como un candidato prometedor para reemplazar al grafito en los ánodos de baterías de ion-litio, usadas en smartphones, relojes inteligentes y coches eléctricos. Esto abre el camino a dispositivos de almacenamiento más eficientes, ligeros y duraderos, consolidando su rol en el futuro de la energía.

Descubierto en 1824 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius, su verdadero potencial no se reveló hasta el siglo XX, cuando se identificaron sus propiedades semiconductoras. Esto lo convirtió en el material ideal para fabricar transistores, clave en el desarrollo de circuitos integrados y la computación moderna. Así surgió Silicon Valley, cuna de compañías como Intel, HP y Apple, que usaron el silicio para crear los microprocesadores que hoy controlan la tecnología. Más allá de la informática, su capacidad para convertir luz en electricidad impulsó la revolución solar. Desde la primera célula solar de silicio en 1954, este material domina el mercado: más del 90% de los paneles solares lo utilizan. El silicio también ha ganado terreno en la biomedicina: nanopartículas para administrar fármacos, andamios para ingeniería de tejidos y sensores implantables. Su biocompatibilidad y capacidad de degradación lo hacen ideal para tratamientos personalizados y regeneración de tejidos.

Hay grupos de investigación trabajando en silicio nanoporoso o en compuestos silicio-carbono. Pero la solución la tenemos muy cerca de nuestro instituto (IMDEA Materiales).

Por su abundancia, bajo costo y propiedades únicas, el silicio es esencial en la tecnología digital y las energías renovables. Su relevancia es técnica, pero también social y económica: impulsa la comunicación global, el acceso a la información y la lucha contra el cambio climático. Por todo esto, el silicio se ha ganado un sitio en la historia de la humanidad junto al cobre, el bronce, el hierro y el acero. Pero de pronto aparece otra aplicación disruptiva: en baterías de ion-litio. En estas baterías, el ánodo es de grafito. Para empezar, es un material crítico, pero además su capacidad de almacenar energía es muy imitada y el número de ciclos carga y descarga es también limitado. Hace unos años ya se consideró el silicio como alternativa, ya que teóricamente tiene una mayor capacidad de almacenamiento y no es un metal crítico. Pero resulta que los ánodos están sometidos a una elevada fatiga térmica y eso provoca roturas en los ánodos. Hay grupos de investigación trabajando en silicio nanoporoso o en compuestos silicio-carbono. Pero la solución la tenemos muy cerca de nuestro instituto (IMDEA Materiales). Nuestra spin-off Floatech, partiendo de un proyecto ERC y promovida por nuestro investigador Juanjo Vilatela, es capaz de fabricar láminas que tienen la misma apariencia que una hoja de papel, pero que son de silicio puro. Partiendo de un gas rico en silicio, el silano, en un reactor se generan nanofibras de silicio que, una vez recogidas, se laminan.

El silicio en forma nanométrica no sufre los choques térmicos que impedían su uso para esta aplicación, y permite su utilización en ánodos de baterías Ion-litio. Unas baterías que son capaces de almacenar entre cinco y diez veces más de energía, y de manera mucho más rápida. Con una de estas nuevas baterías, se conseguirán autonomías de 1000 kilómetros con tiempos de recarga de 10 minutos. Sustituimos un material crítico por otro abundante y barato y al mismo tiempo mejoramos enormemente las prestaciones del producto final. El silicio, que ya cambió el mundo una vez, está en posición de hacerlo de nuevo.