Muchos creen que las baterías de estado sólido cambiarán de manera radical el mundo de la movilidad. Sobre todo, por dos motivos: durarán más y se cargarán más rápido. Incluso hay quienes, como el profesor de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) Xin Li, consideran que se puede llegar a una duración de 25 años o medio siglo. Su investigación fue publicada hace poco en ‘Nature‘.
Además, las baterías de estado sólido también serán más seguras por ser menos inflamables. Y esto llevará a los fabricantes de automóviles a ahorrar peso y espacio adicional para el sistema de refrigeración y otros accesorios. ¿Cómo se fabrican las baterías de estado sólido y en qué punto estamos con este tipo de tecnología? ¿Cuáles son los principales obstáculos para su difusión?
Cómo funcionan las baterías de estado sólido
El funcionamiento de una batería de iones de litio es bastante conocido, al menos en sus aspectos fundamentales. Los electrones pasan del ánodo (polo negativo) al cátodo (polo positivo). Pueden ‘viajar’ entre los dos polos a través de un material conductor como consecuencia del paso entre los dos electrodos de los iones de litio. Los cuales se mueven gracias a la presencia de un electrolito.
En las baterías actuales, el electrolito se encuentra en estado líquido, mientras que en un futuro podría estar en estado sólido. Realizará la misma función, pero el diferente estado traerá todas esas ventajas descritas antes en términos de rendimiento y seguridad. Esta tecnología ya está madura y encuentra aplicación en ciertas áreas específicas, como la producción de marcapasos y chips de proximidad de radiofrecuencia RFID. Sin embargo, el sector de la movilidad es el que podría desencadenar una verdadera revolución.
Ventajas y obstáculos de las baterías de estado sólido
Las baterías con electrolito líquido se sobrecalientan durante los ciclos de carga y descarga y, por razones de seguridad, necesitan una gestión térmica más cuidadosa. Un electrolito sólido, por otro lado, es menos sensible al calor. De hecho, esta mayor capacidad para soportar altas temperaturas permite a los fabricantes aumentar la potencia de carga (velocidad) y la densidad de energía (duración) sin comprometer la seguridad.
Por tanto, será posible crear baterías que, con el mismo tamaño y peso de las actuales, garanticen una mayor autonomía. O, al contrario, baterías más pequeñas y ligeras capaces de garantizar las mismas distancias que los coches eléctricos actuales. En ambos casos, se favorecerá la expansión de la movilidad cero emisiones.
Ya se conoce la tecnología de estado sólido, pero el principal obstáculo es la instalación de líneas de producción capaces de garantizar grandes volúmenes. Ante todo, porque no es nada sencillo crear un electrolito sólido que sea estable, inerte en el aspecto químico y con buenas propiedades conductoras.
Los electrolitos sólidos, de hecho, tienden a expandirse durante el uso, y esto conlleva el riesgo de rotura y pérdida de rendimiento. Además, a menudo conducen a la formación de dendritas. Se trata de pequeños crecimientos que socavan la integridad del ánodo, con una reducción significativa en la vida media de la batería. Este mismo problema parece haber sido resuelto por el trabajo del doctor Xin Li.
No obstante, las baterías de estado sólido son en la actualidad mucho más caras de producir. Los expertos dicen que pueden costar hasta ocho veces más que las baterías tradicionales de iones de litio. Otro de los grandes retos para quienes quieran producir estas baterías será, por tanto, hacerlo con métodos muy estandarizados similares a los que se utilizan para las tradicionales.
¿Quién está trabajando en las baterías de estado sólido?
Aunque existen dificultades evidentes, muchos están invirtiendo para producir baterías de estado sólido. Quien logre hacerlo en términos convenientes en el ámbito económico contará con un potencial ‘game changer’. Una tecnología disruptiva que podría favorecer un salto tecnológico en todos los dispositivos, incluidos smartphones y portátiles.
Los expertos dicen que llegarán en unos cinco años y estos son algunos de los principales actores involucrados en la carrera.
- Toyota se encuentra entre las marcas más activas en el campo de las baterías de estado sólido. Trabaja en ello por su cuenta y también en colaboración con Panasonic. Promete llevarlas al mercado en 2025.
- Volkswagen se ha asociado con QuantumScape, considerada por muchos como la empresa más avanzada en el desarrollo de esta tecnología. Las baterías de estado sólido de la casa alemana deberían alcanzar una densidad energética un 30 % superior a la actual. Y recargarse de 0 a 80 % en poco más de diez minutos.
- Stellantis colabora con CATL y Total, con la que también ha creado una empresa conjunta para la producción de baterías. Los expertos del grupo nacido de la fusión de PSA y FCA creen que este tipo de acumulador estará listo en 2026.
- Ford y BMW han invertido grandes sumas de dinero en la puesta en marcha de Solid Power, que promete hasta un 50 % más de densidad y un 40 % de reducción de costes de producción para mediados de la década.
- Hyundai responde con un trabajo de investigación conjunto con SolidEnergy Systems, cuyos frutos se verán en la segunda mitad de la década.
Además de estas iniciativas, el mundo está repleto de fabricantes de automóviles y empresas de baterías que apuestan por el estado sólido. Entre estos están Tesla y Samsung, por citar dos de los más conocidos. El próximo gran salto está cerca.
Por Alberto Barbieri
Imágenes | Thomas Kelley/Unsplash, Markus Spiske/Unsplash y Possessed PhotographyUnsplash
