CELULAS DE BATERIAS
Estado actual del desarrollo
Las llamadas baterías de estado sólido (en inglés solid-state battery – SSB) se consideran ya desde hace años como un hito potencial en la tecnología de baterías. De manera correspondientemente intensa se están investigando en todo el mundo: en especial en la industria automotriz y sus proveedores de partes. De ellas se esperan sobre todo progresos en la autonomía del vehículo de los autos eléctricos. En comparación con las baterías de iones de litio (LI), que son actualmente la tecnología líder, y que están llegando poco a poco a sus límites físicos de rendimiento, las SSB pueden alcanzar densidades de energía claramente mayores, de más de 350 Wh/kg; en cambio, la baterías de LI alcanzar típicamente menos de 300 Wh/kg.
Además, las baterías de estado sólido ofrecen potencialmente una mayor seguridad –no existen derrames, y hay una menor vulnerabilidad a fugas térmicas– así como una más larga vida útil gracias a una menor degradación. Sin embargo, en la práctica todavía tienen que superarse algunos obstáculos con respecto a la conductividad iónica, la compatibilidad de materiales y la estabilidad, así como la viabilidad industrial de la producción, y con ello, los costos por cada proceso de carga. Hay que esperar para ver en qué medida las baterías de estado sólido pueden imponerse frente a la tecnología de litio, ya establecida y todavía no explotada al máximo.
Encontrar la perfecta combinación de materiales
¿Qué es lo que constituye a una batería de estado sólido, y cómo se distingue de las baterías tradicionales? En lugar de un electrolito líquido o en forma de gel (una sustancia con conductividad eléctrica), las SSB utilizan un electrolito sólido. Hay diferentes candidatos para los electrolitos de estado sólido, los cuales tienen en cada caso ventajas y desventajas específicas. Especialmente prometedores son los siguientes tipos:
- Electrolitos de polímero: Ya se utilizan en los autobuses eléctricos, son relativamente económicos, pero ofrecen una baja conductividad iónica a temperatura ambiente, lo que requiere altas temperaturas de operación.
- Electrolitos de sulfuro: Alta conductividad, pero poca estabilidad electroquímica. Los desafíos se presentan con respecto a la industrialización y los costos. Su entrada en el mercado se espera entre 2025 y 2030.
- Electrolitos de óxido: Alta estabilidad electroquímica con una conductividad media, pero más difíciles de procesar. Atractivos en combinación con otros electrolitos. Su entrada en el mercado se espera igualmente entre 2025 y 2030.
Las baterías de estado sólido exigen en parte otros componentes, y modifican toda la estructura de la batería. En lugar de ánodos de grafito se utilizan ánodos de litio o silicio. Depende siempre de la concepción general del ánodo, cátodo, separador y electrolito(s). Actualmente se están investigando innumerables materiales y combinaciones de materiales para encontrar la concepción más prometedora, que también pueda implementarse de la mejor manera. Algunos fabricantes han presentado ya baterías SSB en formato de bolsa, y poco a poco están anunciando mayores capacidades de producción.
¿Son las baterías híbridas el siguiente paso en el desarrollo?
Las baterías de estado sólido no representan un paso disruptivo, sino evolutivo en la tecnología de baterías. Así, la investigación de los últimos años ha mostrado que posiblemente no sean la clave las baterías puramente de estado sólido (all-solid-state batteries – ASSB), sino conceptos híbridos que operen con diferentes electrolitos del lado de los ánodos y cátodos: en este caso se habla de anolito y catolito. Son muy prometedoras las combinaciones tanto de sólido-líquido, como también combinaciones sólido-sólido, por ejemplo de electrolitos de sulfuro y óxido.
Habrá que esperar a ver si se logra superar la complejidad técnica de las SSB y producirlas de forma industrial a gran escala a costos sostenibles. A fin de cuentas, las baterías de estado sólido tienen que afirmarse en el mercado frente a la tecnología de litio establecida. Y entonces, tampoco habrá nada que se oponga a su utilización en aplicaciones estacionarias, como los smartphones y los dispositivos eléctricos.