Baterías de electrolito sólido: ¿Por qué son tan importantes?

Estado actual de las baterías

Las baterías son el elemento más caro y menos avanzado tecnológicamente de los vehículos eléctricos. La mejora de este componente es el principal camino a seguir para conseguir un coche eléctrico que sea barato, eficiente y de alta autonomía; requisitos necesarios para desbancar al coche convencional. Por eso, a día de hoy muchas compañías están invirtiendo en desarrollo de nuevas tecnologías que mejoren el estado actual de las baterías de ion-litio. Se estudian varias soluciones, como las baterías de ion-sodio presentadas recientemente por CATL (fabricante chino de baterías). Pero la que más expectativas levanta y por la que más se está trabajando es por conseguir baterías de electrólito sólido.

El electrólito de una batería es el medio físico a través del cual los iones de Litio fluyen de un electrodo a otro. Durante la recarga, los iones van del cátodo al ánodo y al contrario durante la descarga. Actualmente se emplea electrólito líquido (sales de litio), el cual empapa ambos electrodos (ánodo y cátodo) y permite la fluctuación de iones.

¿Qué es el electrolito sólido?

El objetivo que se proponen el sector de la movilidad eléctrica es conseguir sustituir este electrólito líquido por uno sólido.

El electrólito sólido, sin embargo, es algo que ya llevamos usando diariamente desde hace décadas: lo encontramos en las pilas cotidianas. En estas, el electrólito es un separador de plástico de polióxido de etileno. Como todos sabemos, las pilas permiten descargarse, pero no cargarse de nuevo. Y el motivo es este electrólito sólido. Este electrólito permite el paso de iones del ánodo al cátodo (descarga) pero no permiten recarga. El motivo: el ánodo es de litio metálico y esto hace que se generen agujas metálicas (dendritas) cuando el ion de litio intenta volver al ánodo (recargar) puesto que el electrólito no soporta tal esfuerzo y cortocircuita la pila.

Las baterías en estado sólido comienzan a ser fabricadas en China - Motor.es
En la izquierda tenemos una batería convencional con electrolito liquido y a la derecha una batería con electrolito sólido.

Con tal de permitir la recarga de una pila (es decir, obtener una batería), en las baterías actuales tenemos grafito en el ánodo. Este grafito captura los iones de litio separándolos y evita que se formen dendritas al volver los iones de litio hacia el ánodo. El gran problema de esto: este grafito ocupa mucho espacio y esto reduce la capacidad de a batería (se busca substituir por silicio, al ser más abundante, ligero, y dotar de mayor capacidad a la batería).

Baterías ASSB: Electrólito Sólido y Ánodo de Litio Metálico

¿Entonces, por qué interesa tanto el electrólito sólido? Encontrando un electrólito sólido con las características apropiadas, podríamos tener un ánodo de litio metálico (sin grafito) y esto permite grandes ventajas. Este tipo de baterías son conocidas como baterías ASSB: Electrólito Sólido y Ánodo de Litio Metálico.

Las principales ventajas que presenta el uso de un electrólito sólido son:

  • Seguridad: materiales no inflamables a diferencia del electrólito líquido.
  • Mayor vida útil del pack de baterías sin tanta degradación
  • Mayor densidad energética: baterías más ligeras y compactas
  • Menos tóxicas
  • Velocidades de carga superior

Sin embargo, el verdadero desafío recae en encontrar el material adecuado para este electrólito sólido. Este material debe cumplir toda una serie de especificaciones para poder permitir un funcionamiento eficiente y que sea verdaderamente útil su empleo. Destacamos:

  • Elevada conductividad iónica
  • Evitar la alta resistencia en interfaz electrólito-cátodo
  • Estabilidad electroquímica: evita reacción con Litio
  • Buena resistencia mecánica: ha de resistir las dendritas
  • Barato y reciclable

Estado del desarrollo

Hay varias empresas dedicadas a la investigación y desarrollo de esta tecnología. Tomamos como ejemplo Quantum Scape, la cual está siendo respaldada por Volkswagen; y destacamos también a Solid Power, siendo respaldada por BMW y Ford. El grupo Volkswagen y Stellantis estiman que esta tecnología estará suficientemente desarrollada y podrá ser implementada a gran escala para el año 2026.

Actualmente, estas y otras compañías están desarrollando materiales que permitan ser usados como electrólito sólido. Una solución posible es un nanocompuesto polimérico-cerámico: disponemos de alta conductividad y estabilidad térmica (cerámico) y de buenas propiedades mecánicas y de adaptabilidad (polímero). También se baraja la opción de utilizar grupos orgánicos e inorgánicos como óxidos y sulfuros.

La implementación de esta tecnología significa un cambio radical en la industria de la automoción eléctrica: vehículos con alta densidad energética, ligeros, compactos, de gran autonomía, seguros y menos tóxicos. Se estima que obteniendo una batería de electrólito sólido se podrá superar con facilidad los 1000 km de autonomía para un coche de dimensiones estándar y precio asequible. Esto significa un antes y un después. Por tanto, la implantación de la tecnología de electrólito sólido puede significar el fin del coche convencional.

Ignacio Rivilla Garcia

Un comentario en «Baterías de electrolito sólido: ¿Por qué son tan importantes?»

  1. Las baterías de estado sólido ya existen y están presentes en un vehículo, pero con el problema de que para su correcto funcionamiento necesitan entre 50 y 80 grados, pero aún así consiguen más rendimiento que las de estado líquido

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