De acuerdo con el Global EV Outlook 2019 de la Agencia Internacional de Energía, los vehículos eléctricos tienen una tasa de crecimiento anual del 68 %. Según este mismo estudio, para el año 2030 tendremos alrededor de 22 millones de coches eléctricos en todo el mundo. En una década esta cifra aumentará hasta los 210 millones. China, la Unión Europea y Estados Unidos se posicionan como líderes en el mercado de coches eléctricos y posiblemente mantengan la delantera en la búsqueda de medios de transporte sostenibles.
Visto lo visto, los coches eléctricos son un mercado emergente, de ahí que se busquen formas de mejorar la movilidad eléctrica del futuro: lograr vehículos más rápidos, eficientes y que usen un menor tiempo para repostar en las electrolineras. ¿Cómo lograrlo? Una de las vías en potencia es desarrollar baterías de estado sólido para coches eléctricos. De hecho, las previsiones señalan que una batería de estado sólido puede hacer que un coche de este tipo tenga una carga hasta seis veces más rápida y una vida útil mucho más larga. Tanto es así que prometen revolucionar la industria de la automoción.
En Futuro Eléctrico preparamos este artículo para que conozcas cuáles son los últimos avances en baterías de estado sólido para coches eléctricos. Asimismo, entenderás sus ventajas y cómo funcionan. ¡Te invitamos a continuar leyendo!
Tabla de contenidos
¿Qué son las baterías de estado sólido?
Las baterías de estado sólido se pueden entender como la evolución de las baterías de iones de litio. En lugar de emplear electrolitos líquidos, como es lo usual, este tipo de baterías de estado sólido utiliza tanto electrodos como electrólitos sólidos (polímero sólido).
Los avances de las baterías de estado sólido han sido gracias a John B. Goodenough, quien también es considerado como «el padre de la batería de iones de litio». Actualmente, Goodenough está dirigiendo un equipo de investigadores que pretenden acelerar la llegada de estas baterías al mercado.
Las baterías de estado sólido han comenzado a llamar la atención de los fabricantes de coches eléctricos, por ejemplo Volkswagen, BMW, Hyundai o Toyota, debido a que pueden aumentar exponencialmente su funcionalidad. La autonomía que ganarán este tipo de vehículos sostenibles puede acelerar la venta de los mismos y dejar jugosos beneficios económicos.
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¿Cómo funcionan las baterías de estado sólido?
Para el funcionamiento de las baterías de estado sólido hay tres partes infaltables: el ánodo (es donde está la carga negativa), el cátodo (donde se crea una carga positiva) y el electrolito. Pero, en definitiva, las baterías de estado sólido funcionan con el mismo principio que una de iones de litio.
Las celdas de las baterías de estado sólido están conformadas por dos electrodos metálicos o de un material compuesto que se mantienen en contacto con un medio conductor (electrolito). Sin embargo, acerca de cómo están compuestos los electrolitos de las baterías de estado sólido aún hay mucha desinformación, ya que forma parte de la propiedad intelectual de cada fabricante. No obstante, algunos especialistas intuyen que hacen uso de una sal de litio que contiene los iones necesarios para propiciar la reacción química reversible.
De igual forma, no todos los materiales son aptos para ser usados en las baterías de estado sólido, debido a que pueden provocar una reacción desfavorable. De allí que se esté investigando acerca de nuevos materiales que puedan permitir el desarrollo de baterías con mayor estabilidad.
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Por el momento, el electrolito mejor preparado para reemplazar las baterías de iones de litio está fabricado con vidrio a base de sodio. Entre sus ventajas, se halla que la sal es relativamente fácil de encontrar y procesar, lo que abarata los costos de producción.
Por otro lado, algunos equipos están trabajando en baterías de estado sólido que funcionen con nanohilos de oro envueltos en manganeso inmersos a su vez en un gel. En el caso de Goodenough, emplea electrolito de cristal, que, según señala el científico, favorecerá la producción en serie.
Ventajas de las baterías de estado sólido
Prometen hasta un 50 % más de autonomía de los coches eléctricos.
Hacen que el tiempo para repostar en las electrolineras sea hasta seis veces menor. En 15 minutos podrías estar cargadas completamente.
Una batería de estado sólido puede almacenar tres veces más energía que una batería de iones de litio.
Son más baratas de producir.
Son mucho más estables y seguras. Asimismo, no corren el riesgo de provocar incendios en caso de accidentes automovilísticos.
Tienen mayor tiempo de vida útil. Esto se debe a que evitan la formación de dendritas en el ánodo.
Serían la clave para que despegue una acelerada venta de coches eléctricos (en teoría).
Las baterías de estado sólido rondan los 500 Wh/kg, es decir, poseen mayor densidad energética.
¿Cuándo llegarán las baterías de estado sólido?
Las empresas de coches eléctricos están en una carrera silenciosa para hacer que la llegada de las baterías de estado sólido sea tan rápida como sea posible. A continuación, mencionamos algunos proyectos conocidos de las compañías que están apostando por su desarrollo.
Baterías de estado sólido de Samsung
Un grupo de investigadores del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT) y del Instituto de Investigación y Desarrollo de Samsung Japón (SRJ) publicaron en Nature un estudio acerca de este tipo de baterías.
Ellos diseñaron un prototipo donde añadieron una capa compuesta de plata-carbono (Ag-C) como ánodo para que la batería soporte una mayor capacidad. Con esta capa, también lograron reducir el grosor del ánodo y aumentar la densidad de energía hasta 900 Wh/L.
Por su parte, esta batería de estado sólido sería capaz de soportar más de 1,000 ciclos de carga. Pero, de momento, es solo una versión beta. Dongmin Im, máster del Laboratorio de Baterías de Próxima Generación de SAIT y líder del proyecto, explicó que «El producto de este estudio podría servir como tecnología semilla para las baterías más seguras y de alto rendimiento del futuro».
Batería de estado sólido de Toyota
Toyota anunció que tiene el ambicioso propósito de invertir 13 600 millones de dólares en tecnologías de baterías de aquí al final de esta década. Parte de este dinero será usado para la investigación de las baterías de estado sólido para coches eléctricos. En ese sentido, Toyota ya ha testeado en un circuito de pruebas un vehículo equipado con baterías de este tipo.
Sin embargo, pretenden dar un paso más allá al matricular vehículos equipados con baterías de estado sólido y, así, realizar pruebas de conducción en carretera. De momento, Toyota ha manejado con mucho secretismo los avances de su baterías de estado sólido, pero adelantaron que su modelo saldría al mercado entre 2025 y 2030 con un total de 180 GWh.
Inversión millonaria de Volkswagen
Volkswagen es otra de las empresas que apuesta por las baterías de estado sólido, de hecho, recientemente realizaron una nueva inversión de 200 millones de dólares en QuantumScape, una compañía especializada en la tecnología de baterías de estado sólido. Con esta alianza, buscan la creación de una planta piloto y tienen entre sus proyecciones presentar sus modelos para el año 2025.
Batería de estado sólido de silicio
Darren H. S. Tan, doctor en ingeniería química en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y cofundador de la startup UNIGRID Battery, en un artículo, señaló que descubrió junto a nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego e investigadores de LG Energy Solution una batería de estado sólido de silicio.
En ese sentido, sostienen que están abriendo un nuevo territorio para las baterías de estado sólido que utilizan ánodos de aleación como el silicio. Al añadir el silicio, se obtiene una mayor densidad de energía, que es 10 veces mayor que los ánodos de grafito. También reportaron una descarga con una retención de capacidad del 80 % a temperatura ambiente.
StoreDot busca acelerar la llegada de estas baterías
La empresa StoreDot a través de su nuevo centro de I+D en Estados Unidos quieren acelerar el ascenso en el mundo automotor de las baterías de estado sólido. Para las nuevas indagaciones, trabajarán de forma conjunta con el otro centro de I+D que posee la firma en Israel. También señalan que su presencia en territorio estadounidense busca acercarse a firmas automotrices importantes como Tesla o BMW.
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StoreDot se ha consolidado con una marca líder en baterías tradicionales, pero ahora busca abarcar un nuevo espacio con las nuevas baterías de estado sólido. StoreDot también reveló que lograron crear un prototipo de celda 4680 muy similar a las que Tesla utiliza en sus coches. Lo asombroso es que aseguran que se cargó en solo 10 minutos.
¿Los árboles son la clave?
Un estudio publicado por Nature asegura haber encontrado la clave para la llegada en el corto plazo de las baterías de estado sólido. Según detallan investigadores de la Universidad de Brown y la Universidad de Maryland, la celulosa derivada de la madera puede ser una extraordinaria base para los electrolitos sólidos.
Las nanofibras de celulosa pueden solventar la fragilidad de los materiales cerámicos. En su experimento, combinaron los tubos de polímero derivados de la madera con cobre para formar un conductor de iones sólidos. El resultado fue una conductividad iónica récord entre todos los electrolitos de polímeros sólidos.
Palabras finales
Las baterías de estado sólido podrían ser una realidad perfecta y se espera que conviertan los coches eléctricos en un modelo imparable. Sin embargo, su llegada no parece ser algo inminente hasta, al menos, dentro de cinco años. La buena noticia es que sus ventajas y sus nulos inconvenientes hacen que sea interesante para los investigadores, científicos y empresas.
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