El próximo salto tecnológico en materia de baterías podría resolver muchos problemas de los vehículos eléctricos.
El mundo del motor de combustión interna llegará, triste pero necesariamente, a su fin en algún momento de la vida de muchos de nosotros.
Los híbridos y los vehículos eléctricos son cada vez más asequibles y más avanzados a un ritmo rápido, lo que significa que las baterías están ocupando el lugar de los combustibles fósiles.
Esto ha llevado a una progresión igualmente rápida en la tecnología de las baterías, con los objetivos principales de mejorar la capacidad, los tiempos de carga y la seguridad.
Uno de los principales avances en este campo es la llegada de las baterías de estado sólido, que prometen superar las limitaciones que presentan las actuales baterías de iones de litio.
¿Qué son las baterías de iones de litio?
Los vehículos eléctricos llevan años funcionando con baterías de iones de litio, que son similares a las que se utilizan en los ordenadores portátiles, los teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos de consumo.
Están fabricadas con un electrolito líquido en su interior, lo que las hace pesadas y susceptibles de inestabilidad a altas temperaturas. Como cada batería no puede generar tanta energía por sí sola, hay que conectar varias en serie, lo que aumenta el peso. El coste de la ingeniería, la fabricación y la instalación de los paquetes de baterías representa una parte considerable del coste total de un vehículo eléctrico.
Al igual que un teléfono móvil, las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos deben recargarse. La velocidad de carga de las baterías de un vehículo eléctrico depende del propio vehículo, del tipo de baterías que utilice y de la infraestructura de recarga.
En general, las estaciones de carga públicas pertenecen a las categorías de Nivel 2 o Nivel 3, y ambas pueden cargar un vehículo eléctrico mucho más rápido que una toma de corriente doméstica estándar.
Los cargadores de Nivel 1 y Nivel 2 proporcionan energía al cargador de a bordo a través de corriente alterna, que se convierte en corriente continua para cargar la batería.
El nivel 3, que también puede denominarse carga rápida de CC, evita el generador de a bordo y carga la batería directamente y a un ritmo mucho más rápido.
Sin embargo, con el paso del tiempo, tanto la capacidad de la batería como la capacidad de alcanzar picos de carga se degradan.
En qué se diferencian las baterías de estado sólido.
Las baterías de estado sólido, como su nombre indica, prescinden del pesado electrolito líquido que se encuentra dentro de las baterías de iones de litio.
El sustituto es un electrolito sólido, que puede venir en forma de vidrio, cerámica u otros materiales. Por lo demás, la estructura general de una batería de estado sólido es bastante similar a la de las baterías tradicionales de iones de litio, pero sin la necesidad de un líquido, las baterías pueden ser mucho más densas y compactas.
Sin profundizar demasiado en su funcionamiento interno, las baterías de estado sólido gastan energía y se recargan del mismo modo que las unidades tradicionales de iones de litio.
Las baterías de estado sólido no son algo nuevo, pero sí lo es su uso en una aplicación tan pesada como la de un automóvil.
Llevan años utilizándose en pequeños dispositivos como marcapasos, dispositivos portátiles y RFID.
Las expectativas en torno a la capacidad de las baterías de estado sólido para mejorar enormemente los vehículos eléctricos son, como mínimo, altas.
El uso de un electrolito sólido debería ahorrar espacio, ya que ocupa menos que los líquidos tradicionales.
En el mismo espacio que una batería de iones de litio necesita bajo un vehículo, una batería de estado sólido debería tener entre dos y diez veces más capacidad.
Su fabricación también significa que no necesitan todos los sistemas de supervisión, control y refrigeración que las baterías de iones de litio necesitan para funcionar correctamente. Eso significa que hay más espacio en el chasis del vehículo para colocar la batería con menos intrusión en el espacio que suelen ocupar los pasajeros o los componentes mecánicos.
La densidad energética muy mejorada y la reducción de peso por la eliminación del componente líquido de la batería deberían mejorar mucho la autonomía de los vehículos eléctricos. Las baterías de estado sólido también deberían cargarse más rápido, al menos en teoría.
Los electrolitos líquidos pueden causar problemas.
Las baterías de estado sólido también prometen ser más seguras y duraderas a largo plazo.
Cuando se dañan o se ponen en peligro, las baterías de iones de litio pueden experimentar lo que se conoce como desbordamiento térmico, que ocurre cuando el aumento de temperatura de una célula de la batería provoca una reacción similar en otras células de la batería.
A veces, este proceso se detiene por sí mismo dentro del paquete de baterías, pero en otras ocasiones la reacción de fuga puede provocar un incendio. El electrolito líquido puede ser inflamable, por lo que los incendios de baterías son extremadamente peligrosos y tóxicos. El proceso de extinción de un incendio en una batería requiere tiempo y a veces miles de litros de agua. Las baterías de estado sólido son capaces de evitar este problema sin el líquido inflamable en su interior.
Más allá de la posibilidad de provocar un incendio, los electrolitos líquidos de las baterías de iones de litio no son especialmente buenos para la longevidad. Con el tiempo, los compuestos del líquido pueden corroer los componentes internos de la batería y pueden experimentar una degradación o una acumulación de material sólido en su interior, lo que lleva a una degradación de la capacidad de la batería y de su rendimiento general.
¿Dónde están todas las baterías de estado sólido?
¿Por qué no estamos todos conduciendo coches con baterías de estado sólido?
Al igual que otras tecnologías emergentes, las baterías de estado sólido son caras, lo que se debe en parte a los costes de desarrollo, pero también está muy relacionado con el hecho de que son difíciles de fabricar a gran escala.
Los fabricantes de automóviles y de baterías también tienen que trabajar más antes de que las baterías de estado sólido estén listas para su uso.
A pesar de sus ventajas sobre las líquidas, los electrolitos sólidos presentan dificultades a la hora de encontrar el equilibrio adecuado de materiales para suministrar suficiente energía a un motor eléctrico para un coche.
Las baterías de estado sólido están, por ahora, en fase de desarrollo.
Toyota pretende vender su primer vehículo eléctrico alimentado por una batería de estado sólido antes de 2030, mientras que otros fabricantes de automóviles trabajan en colaboración con fabricantes de baterías en sus propios proyectos.
En particular, Volkswagen está trabajando en asociación con QuantumScape, una empresa con sede en California que espera poner sus baterías en uso comercial para 2024.
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