Baterías de estado sólido: funcionamiento, ventajas y sus desafíos
La gran evolución del mercado de vehículos eléctricos ha dado como resultado el impulso de la fabricación y venta de baterías, en especial las de iones de litio, dominantes en el sector en la última década.
No obstante, su limitación en el rendimiento plantea algunos problemas en la protección del medio ambiente, las cadenas de suministro, y las tecnologías de almacenamiento de energía, sobre los que cada vez se pone más el foco para su investigación y desarrollo.
Una de las alternativas que más ha estado en el centro de los debates son las baterías de estado sólido, que también han suscitado el interés de institutos de investigación, proveedores de materiales, vendedores de baterías, proveedores de componentes, fabricantes de equipos originales de automoción, capitales de riesgo e inversores.
¿Qué ventajas aportan las baterías de estado sólido?
Son muchas las ventajas que este tipo de baterías puede ofrecer. Entre ellas, figuran una mayor densidad energética y seguridad, más durabilidad, ciclos de vida más largos, apilamiento compacto y rango de temperaturas de funcionamiento más amplio.
Del mismo modo, su apilamiento compacto, su diseño simplificado y la posibilidad de flexibilidad mecánica hacen de las baterías de estado sólido una alternativa a tener realmente en cuenta.
Para explicar más en profundidad el funcionamiento de estas baterías: en ellas, se sustituyen los electrolitos líquidos orgánicos por otros de estado sólido. De este modo, se pueden crear baterías de mayor duración y seguridad. Hay que destacar también que el electrolito de estado sólido es compatible con materiales de cátodo de alto voltaje y ánodo metálico de litio de alta capacidad, consiguiendo, en este caso, densidades energéticas superiores a los 1.000 Wh/L.
Sin embargo, la mayoría de los electrolitos de estado sólido tienen una densidad mayor que el separador de poliolefina, especialmente el electrolito de estado sólido inorgánico. Y suelen ser más espesos que los separadores utilizados en las baterías de iones de litio convencionales. Si los electrodos se mantienen iguales (ánodo de grafito y cátodo de óxido metálico estratificado), la mayoría de las baterías de estado sólido acaban teniendo una densidad energética gravimétrica inferior a la de las baterías de iones de litio.
La importancia que tendrán las alternativas a las baterías basadas en litio
Algunos mitos sobre este tipo de baterías
Como ocurre frecuentemente en las tecnologías que no han alcanzado un grado de madurez avanzado, son muchas y diversas las opiniones existentes sobre las baterías de estado sólido.
Una de ellas sostiene que, dado su nivel de seguridad, no es necesario que equipen un sistema de gestión térmica. Sin embargo, esta afirmación no es correcta. Aunque estas baterías gocen de una zona de funcionamiento seguro diferente a las baterías de iones de litio, los sistemas de gestión térmica siguen siendo necesarios, al igual que otras muchas protecciones.
Sobre ellas, también podemos escuchar que no serán viables técnica y económicamente, ya que carecen de propuestas de valor realistas.
Lo que sí se hace evidente, también debido al grado de maduración de la tecnología, es la falta de comprensión de estas baterías. En función de la tecnología de la que hablemos, las baterías de estado sólido tienen diferentes propuestas de valor, rendimiento, diseños de celda, niveles de preparación y métodos de fabricación.
En conclusión, los tres grandes valedores de estas baterías son: mayor seguridad, diseños de sistemas simplificados y mayor densidad energética.
Las tres corrientes principales
Aunque existen varios enfoques tecnológicos en el ámbito de estas baterías, vamos a repasar los principales: los sistemas de óxido, de sulfuro y de polímero.
Generalmente, los electrolitos de sulfuro gozan de una alta conductividad iónica mejor que la del electrolito líquido, así como de una baja temperatura de procesamiento y amplia ventana de estabilidad electroquímica. Sin embargo, su comercialización no avanza a grandes pasos debido a dos factores: la dificultad de fabricación y el subproducto tóxico de sulfuro de hidrógeno que se genera en el proceso.
Por otro lado, encontramos a los sistemas poliméricos, que sí son más fáciles de fabricar y son, en su mayoría, compatibles con las instalaciones de fabricación existentes. De hecho, algunos ya se comercializan. Pero no es oro todo lo que reluce: su temperatura de funcionamiento alta, el bajo potencial de antióxido y una peor estabilidad serán los retos a superar de estos sistemas.
Por último, otra vía generalizada son los sistemas de óxido, más estables que el litio metálico y poseedores de buena estabilidad electroquímica y térmica. ¿Sus retos? La mayor resistencia de la interfaz y los procesos de fabricación más caros y con menos rendimiento.
Fuente: IDTechEx.
Imagen: DepositPhotos.
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