Baterías en estado sólido para revolucionar el coche eléctrico

Nuestro día a día necesita cada vez más baterías de mayor capacidad, durabilidad y estabilidad. Ya sea para los dispositivos móviles o los coches eléctricos, la necesidad de mejores baterías es evidente. Marcas como Tesla han logrado auténticas hazañas en la gestión de las baterías de iones de litio, mejorando la autonomía de sus modelos sin necesidad de cambiar las baterías. Pero no es suficiente. Si un día el coche eléctrico quiere suplantar al coche de motor térmico como medio de transporte, las baterías deben ofrecer mayor autonomía, mayor estabilidad e incluso seguridad. Y es algo que se podría conseguir con las llamadas baterías de estado sólido.

Hace unos meses, Toyota dejo entrever que para 2022 podría lanzar al mercado un coche eléctrico equipado con baterías de estado sólido. Y no es el único fabricante que ha depositado grandes esperanzas en esta nueva tecnología. Dyson, que planea fabricar un coche eléctrico, tiene a su filial Sakti3 desarrollando esta tecnología. También los fabricantes de smartphones apuestan por las baterías de estado sólido, como Samsung. Aunque en este caso están más interesados en la seguridad que ofrecen ya que no se pueden incendiar como una batería de iones de litio clásica.

Qué es una batería de estado sólido

La batería de estado sólido es una evolución de la batería de iones de litio y debemos su principal desarrollo a John B. Goodenough, el considerado padre de la batería de iones de litio, de la Universidad de Austin. Y a sus 94 años, sigue al frente de un equipo de desarrollo para que las baterías de estado sólido sean una realidad práctica. Pero para entender cómo funciona una batería de estado sólido, debemos primero recordar cómo funciona una de iones de litio. 

Una batería de iones de litio se compone de dos electrodos de metal o de material compuesto, uno siendo cátodo y el otro ánodo, inmersos en un líquido conductor, electrolito. El conjunto es lo que se llama celda. Y la combinación de varias celdas forma la batería. La batería emplea como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción química reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.

Cuando la batería está cargada y se le conecta un aparato para alimentar, por ejemplo cuando ponemos en marcha el coche, el circuito eléctrico del conjunto se cierra. Esto activa una reacción química que provoca la circulación de partículas ionizadas de un electrodo a otro, arrastrando la producción de electrones a los bornes de la batería, es decir, liberando la energía. Y si luego se conecta un cargador a los bornes de la batería, se produce un proceso químico inverso: las partículas circulan en la otra dirección y la batería se recarga.

Una batería de estado sólido funciona con el mismo principio que una de iones de litio, la principal diferencia está en el electrolito. En el primer caso es un líquido y en el segundo un material sólido. En las investigaciones del equipo de John Goodenough se usa un electrolito de cristal que facilitaría su fabricación en serie, pero hay otros equipos trabajando con otro tipo de materiales, como nanohilos de oro envueltos en manganeso inmersos a su vez en un gel. Toyota, por su parte, mantiene en secreto qué sólido utiliza.

Qué ventajas aporta

En teoría, la batería de estado sólido sería la panacea para el auge del coche eléctrico. Toyota se niega a fabricar un coche eléctrico porque considera que en el estado actual de la tecnología, no pueden cumplir con las necesidades de los automovilistas. Es decir, su autonomía es muy limitada y el tiempo necesario para su recarga exageradamente largo. Para Toyota son dos escollos que hacen inviable en la actualidad un coche eléctrico. Sin embargo, un coche equipado con una batería de estado sólido se eliminan esos dos puntos débiles.

En las baterías de iones de litio, con el tiempo, es decir con los ciclos de vida, el litio líquido se va solidificando comiendo de paso el separador entre el ánodo y el cátodo creando dendritas o cavidades. Esas dendritas van a provocar una caída de las prestaciones de la batería y en los casos extremos provocar un sobrecalentamiento, un corto circuito e incluso una explosión. El equipo de John Goodenough usa un electrolito sólido de cristal, el lugar del líquido. 

El electrolito de cristal permite usar un ánodo de metal alcalino en el lado negativo, lo que incrementa la densidad de carga de la batería, que puede almacenar más energía que una de iones de litio de mismo tamaño, y previene la formación de dendritas. Además, el cristal permite que la batería pueda funcionar incluso con temperaturas ambientes de -20ºC. Así, una batería de estado sólido aporta más autonomía, tiempo de recarga muy corto y seguridad. Una batería de estado sólido puede almacenar tres veces más energía que una batería de iones de litio y se recarga en menos de una hora, según el equipo de John Goodenough.

Además, debido al estado sólido es también más segura, pues en accidente no se incendiaría como sí ocurre con las de iones de litio, y además previene la formación de dendritas, alargando notablemente su vida útil y su seguridad, de ahí el interés de Samsung en este tipo de baterías. Además, el uso de un electrolito a base de cristal facilitaría la fabricación en serie de estas baterías, y por ende ayudaría a rebajar su coste.

Llegada al mercado

En los inicios de esta investigación, se podía pensar que aún se tardarían varias décadas para ver una aplicación práctica en el comercio de estas baterías. Sin embargo, ya son muchos los fabricantes que van depositando patentes relacionadas con las baterías de estado sólido. Toyota, Fisker o Samsung, e incluso el propio equipo de John Goodenough gracias a los avances de Maria Helena Braga en el campo del cristal como electrolito han depositado patentes al respecto. Todo ello nos acerca cada vez más a una realidad comercial.

Samsung estima que en dos años, como máximo, tendrá en el comercio un smartphonme con batería de estado sólido. Toyota, por su parte, avanza la fecha de 2022 para el primer coche eléctrico con batería de estado sólido. Si este tipo de batería cumple con sus promesas de autonomía, carga rápida, seguridad y bajo coste, el automóvil eléctrico se impondrá definitivamente condenando el motor de combustión interna a la muerte.