Si2BN también se utiliza como ánodo para baterías de iones de litio o de sodio.

Las baterías de iones de litio juegan un papel cada vez más importante en el almacenamiento de energía. Empresas como Tesla lo ven como una solución de almacenamiento de energía para coches eléctricos y una solución a problemas intermitentes relacionados con las energías renovables. Su enorme densidad de energía y su capacidad para múltiples ciclos de carga los han hecho casi omnipresentes en los dispositivos móviles, pero se han encontrado con problemas.

Las baterías de iones de sodio se han convertido en competidores recientes; El sodio es más abundante que el litio y estas baterías tienen mejores registros de seguridad y menos incendios. Los materiales bidimensionales con la máxima relación superficie / volumen, alta conductividad y alta difusividad iónica pueden reemplazar a los materiales voluminosos, como el grafito, porque estas baterías tienen una mayor densidad de energía y son más versátiles.

A medida que el campo de la síntesis y caracterización de materiales 2D se vuelve más avanzado, estas sustancias aparentemente mágicas exhiben propiedades fascinantes y, a menudo, muy útiles. Los teóricos han estado explorando con entusiasmo el potencial computacional de estos materiales debido al uso generalizado de nuevos métodos de laminación de átomos en sustratos, como la extracción para sintetizar primero el grafeno y la deposición de la capa atómica o la epitaxia de haces moleculares. Dichos cálculos se realizaron en 2015 con el potencial de sintetizar la capa similar al grafeno de Si2BN con dos átomos de silicio unidos a átomos de boro y nitrógeno.

Otros análogos del grafeno como el germanio muestran pandeo en estructuras reticulares, pero el Si2BN tiene estructuras hexagonales aplanadas que permiten la formación de nanotubos. Se espera que el material sea estable bajo una variedad de condiciones físicas, posiblemente hasta 800 K o temperaturas más altas.

Este Si2BN monocapa se ha descrito con una serie de características teóricas que son de considerable interés para la industria de las energías renovables. Al principio, se pensó que podría ser un medio útil de almacenamiento de hidrógeno. Muchos defensores de la energía renovable quieren almacenar la energía intermitente de las turbinas eólicas y los paneles solares como hidrógeno, que puede producirse por electrólisis durante los períodos pico de suministro.

Un factor que impide que despegue la "economía del hidrógeno" es la dificultad de almacenar hidrógeno, que no es un explosivo particularmente denso en energía y similar a un gas; Por eso, los equipos de investigación, incluido el departamento de energía de EE. UU., Están tratando de encontrar materiales que puedan unirse con átomos de hidrógeno. La presencia de silicio en la superficie de la capa generó esperanzas de que fuera lo suficientemente reactivo como para almacenar grandes cantidades de hidrógeno, pero también provocó otro efecto positivo. Si2BN es un excelente ánodo para baterías de iones de litio.

Un artículo de 2017 sobre nanoenergía describió esta propiedad. El título del artículo, "2d Si2BN: una situación curiosa con un material de cátodo de batería de alta capacidad", dice algo sobre las propiedades inusuales de este material. Tiene la capacidad teórica de absorber y almacenar iones de litio, que es cinco veces mayor que los materiales de ánodos existentes que se utilizan actualmente en las baterías. Los materiales 2D ya sintetizados también muestran generalmente buenas propiedades de adsorción, pero 2DSi2BN bien podría combinarse con otros materiales como siliceno, borofeno y fósforo negro 2D, así como con otros materiales como grafito, dióxido de titanio y diselenuro de molibdeno.

Los resultados muestran que la clave está en el enlace Si-Si y la respuesta única de la estructura a los iones adsorbidos. A medida que los iones de litio / sodio ingresan al material, hacen que la estructura se doble. Esto le dará a la estructura general una mayor capacidad que otros materiales 2D. Este pandeo, que se ve en otros materiales 2D como el germanio, se manifiesta como una transición de fase cuando más de un ion se adsorbe en la superficie. Según estos cálculos, la transición de fase debería ser completamente reversible y facilitar la difusión de iones desde el ánodo.

También se espera que Si2BN tenga aún más propiedades electrónicas, lo que convierte a los materiales 2-d en una fuente de considerable entusiasmo en el campo de la ciencia de los materiales. Es potente, flexible, tiene una banda prohibida sintonizable y tiene alta conductividad y alta conductividad. El hecho de que Si2BN tenga una alta movilidad de electrones es fundamental para su utilidad como ánodo. Esto se combina con el hecho de que los iones están muy difundidos para permitir que las baterías se carguen y descarguen rápidamente. La creación de baterías recargables rápidas que puedan almacenar de manera confiable grandes cantidades de energía es importante para el almacenamiento y respaldo de la red, así como para las aplicaciones en vehículos eléctricos.

Si2BN nunca se ha sintetizado en grandes cantidades, aunque varios equipos diferentes están trabajando actualmente para crear este material 2D. El campo avanza rápidamente: hace unos años, el boro fluoreno se consideraba un material anódico prometedor. Casi inmediatamente después de una síntesis exitosa (2015), el informe predice por primera vez que Si2BN puede exceder la capacidad de su ánodo. Las predicciones teóricas de estas propiedades electrónicas permiten a los científicos de materiales explorar el espacio de parámetros físicos posibles. El siguiente paso será construir un prototipo de batería para probar el rendimiento del ánodo del campo y luego refinar la batería para acercarla al máximo teórico de almacenamiento de iones. A medida que aumenta nuestra demanda de mayor capacidad y sistemas de almacenamiento de energía más flexibles, este avance podría ser crítico para la mejora tecnológica continua.

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