En la última década, se ha estudiado e investigado mucho sobre seguridad y sistemas de conversión y almacenamiento de alta energía. Esto es algo que se va a mantener de cara al futuro, dada la actual tendencia que existe en el mundo sobre la descarbonización. El desarrollo de nuevas tecnologías para la fabricación de baterías, apunta hacia la utilización del electrolito sólido por ofrecer ventajas sobresalientes con respecto al electrolito líquido.
Por más de 30 años se han venido utilizando las baterías de iones de litio para alimentar dispositivos eléctricos, pero estas con el paso del tiempo están empezando a mostrar deficiencias. El electrolito sólido se adapta mejor a las altas demandas de rendimiento electroquímico, en especial el requerido para las baterías de los coches eléctricos.
¿Qué es el electrolito sólido?
Se llama electrolito sólido a los conductores iónicos sólidos que pueden usarse en celdas electroquímicas. Es decir, cualquier compuesto que se encuentre en estado sólido en los que la conducción eléctrica se encuentre dirigida por el movimiento de los iones a través de su propia estructura, se conoce como electrolito sólido.
¿Qué son las baterías de estado sólido?
Una batería de estado sólido es una batería que utiliza electrolito sólido, a diferencia de las baterías tradicionales de iones de litio que utiliza una solución de electrolito líquido. Ambas baterías pueden utilizarse con los mismos fines. Con la diferencia que la batería de electrolito sólido, ha demostrado ser más segura y de mayor rendimiento en coches eléctricos.
Dicho de manera simple, las baterías de estado sólido utilizan un electrolito sólido en lugar del líquido o gel de polímero, el cual podemos encontrar en las baterías de iones de litio actuales. Estas pueden adoptar la forma de cerámica, vidrio, sulfitos o polímeros sólidos.
Una batería de estado sólido con electrolito sólido muestra mejor estabilidad con una estructura líquida. También otorga una mayor seguridad, ya que mantiene la forma incluso si el electrolito está dañado.
¿Por qué desarrollar baterías con electrolito sólido?
La principal razón es para aumentar la capacidad y autonomía de los coches eléctricos (EV). El mercado espera, al igual que las empresas de investigación, que los coches eléctricos comiencen a reemplazar en un futuro cercano a los coches con motor de combustión interna. Convirtiéndose de esta manera en la corriente principal de los coches del futuro.
Para que esto suceda, se necesita que los coches eléctricos tengan un nivel de kilometraje igual o superior al de los coches con motor de combustión interna similar. Por eso para lograrlo es importante aumentar la capacidad de la batería de los coches eléctricos.
¿Cómo funcionan las baterías de electrolito líquido?
Funcionan de la misma forma que el resto de las baterías, donde el flujo de iones desencadena una reacción química entre los materiales de la batería. Al descargar energía produce oxidación en el ánodo, creando compuestos con electrones libres, los cuales entregan energía eléctrica.
Se produce una reacción en el cátodo que hace que los compuestos ganen electrones, almacenando de esta forma energía. Al cargarse la batería el proceso se invierte.
¿Qué es el Enovate ME7?
El Enovate ME7 es el coche eléctrico que vemos en la imagen de nuestra portada, y es el primer coche eléctrico del mundo que utiliza baterías de electrolito sólido. Son muchos los fabricantes de coches eléctricos que, poniendo su mirada hacia el futuro, han visto las capacidades y ventajas de utilizar el electrolito sólido en sus baterías.
Empresas como Toyota, BMW, Renault/Nissan/Mitsubishi ya han diseñado coches que utilicen baterías de electrolito sólido. El electrolito sólido les proporciona una mayor densidad energética y dado que posee una mayor estabilidad térmica, proporciona reducción del tiempo de carga.
Además de una seguridad y durabilidad muy superiores a las de las baterías que utilizan electrolito líquido.
¿Qué problemas en las baterías de electrolito líquido puede abordar la utilización de electrolito sólido?
Además de abordar los problemas de seguridad, el uso de electrolitos de estado sólido también permite la utilización de un ánodo metálico y el funcionamiento a alto voltaje. Debido a la misma naturaleza de los electrolitos líquidos, estos pueden ser inflamables, lo que representa un peligro de incendio en caso de una sobrecarga o un cortocircuito.
Los electrolitos sólidos poseen una estabilidad térmica muy superior a la de los electrolitos líquidos y esto hace que la batería de estado sólido represente una de las mejores opciones que existen para la próxima generación de baterías. Además, pueden funcionar en entornos hostiles, como lo es el funcionar en temperaturas comprendidas entre -50 a 200 °C o más.
En este punto, las baterías de electrolito líquido u orgánico fallan a causa de la congelación, la ebullición o la descomposición. En definitiva, las baterías de electrolito sólido, tienen la capacidad de incrementar la densidad de energía y la densidad de potencia de forma significativa. Estas son características que se desean en los grandes sistemas de almacenamiento de energía.
¿Qué hace que las baterías de electrolito sólido sean el futuro de la nueva generación de baterías?
Debido a que las baterías de estado sólido proporcionen entre 2 – 10 veces la densidad de energía que dan las baterías del mismo tamaño de electrolito líquido, dado que el electrolito sólido ocupa menos espacio. Esto hace que se puedan diseñar paquetes de baterías más compactos sin comprometer la potencia.
También significa que se pueden obtener baterías más potentes sin que tengan que ocupar espacio adicional. Dando paso a coches eléctricos más potentes y de mayor autonomía, que pueden ser más compactos y ligeros. Otro beneficio de las baterías de electrolito sólido es que estas se pueden cargar de forma más rápida.
Las baterías de electrolito sólido no requieren los componentes de enfriamiento y control que requieren las baterías de electrolito líquido, por lo que son más eficientes y cuentan con una mayor densidad energética.
Al poder diseñarse baterías más pequeñas se tiene más libertad de chasis y menos peso. No es de extrañar que el electrolito sólido sea el más cotizado por los fabricantes de coches de alto rendimiento.
