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Jan 13, 2024

Será sólido

Se han dedicado décadas de arduo trabajo a mejorar la tecnología de las baterías de iones de litio (li-ion). Si bien el rendimiento ha mejorado y el costo está bajando, los avances no han logrado eliminar la ansiedad por el alcance.

Se han dedicado décadas de arduo trabajo a mejorar la tecnología de las baterías de iones de litio (li-ion). Si bien el rendimiento ha mejorado y el costo está bajando, los avances no han logrado eliminar la ansiedad por el alcance. ¿Las baterías de estado sólido podrán hacer eso?

La ansiedad por la autonomía, especialmente frecuente entre los conductores de vehículos eléctricos (EV) "nuevos", es un problema que tiene muchas causas. Entre ellos se incluyen la evidente falta de infraestructura de carga pública y el decepcionante rendimiento de la actual tecnología de baterías de iones de litio. El precio también es un factor: ¿por qué cambiar a eléctrico si eso conlleva ansiedad por el alcance y un precio de etiqueta más alto?

Según la Asociación Internacional de Energía, el promedio mundial de un nuevo vehículo eléctrico de batería en 2021 fue de poco más de 36.000 dólares, un 7% menos que en 2020. El precio de un nuevo vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV) se mantuvo estable en 51.000 dólares. A pesar de la afluencia de modelos de vehículos eléctricos chinos de menor precio, se proyecta que el precio promedio ponderado por volumen (VWAP) de los vehículos eléctricos rondará los 52.800 dólares para todo 2023, dice Statista.

Una gran parte del precio de un vehículo eléctrico es la batería. ¿Podría una tecnología diferente ofrecer mejoras tanto en precio como en alcance? Indique las baterías de estado sólido (SSB) y sus primas, las baterías de estado semisólido (SSSB).

Una batería de litio consta de un cátodo y un ánodo, separados por un electrolito líquido, que permite el paso de los electrones, permitiendo así la generación de energía para los vehículos eléctricos. En comparación con las baterías de iones de litio, una SSB utiliza un electrolito sólido, que también cumple la función de separador. Las SSB ofrecen una estabilidad mejorada con una estructura sólida y una seguridad mucho mayor gracias a que mantienen su forma incluso cuando se dañan. Las SSB tienen diferencias críticas en comparación con las baterías de iones de litio:

Fuente: batería flash

El ciclo de vida de las SSB también es mucho más largo, y algunas SSB muestran el potencial de mantener el 90% de su capacidad después de 5.000 ciclos, según Topspeed (para las de iones de litio convencionales, la vida útil es de entre 2.000 y 3.000 ciclos, pero las de litio y hierro baterías de fosfato, LiFePO4 o LFP, llévelo a 4.000).

Según John B. Goodenough, codesarrollador de la tecnología de baterías de iones de litio, y la investigadora Maria H. Braga, las "baterías de estado sólido de vidrio" pueden ofrecer tres veces más densidad de energía utilizando un ánodo de metal alcalino (litio, sodio o potasio) y un ciclo de vida más largo. Además, una SSB que utiliza electrolitos de vidrio puede funcionar a temperaturas tan bajas como -20 °C.

Utilizados en diversos dispositivos, como relojes inteligentes y marcapasos, los SSB han requerido un proceso exhaustivo para estar preparados para la industria de los vehículos eléctricos. Las SSB tienen una importancia inevitable para los vehículos eléctricos, preparados para abrir una nueva era en la industria. Lo más importante es que la aparición de los SSB señalará el fin definitivo de los motores de combustión interna (ICE), que se espera que se vuelvan inútiles cuando las baterías de iones de litio y SSB se adapten ampliamente, previsiblemente a principios de la década de 2030.

Las SSB aumentarán significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos, ofreciendo el doble de kilometraje por casi la mitad del precio en comparación con las baterías de iones de litio. Dado que muchos fabricantes de equipos originales están interesados ​​en esta tecnología, se espera que la autonomía media de un vehículo eléctrico alcance entre 1.000 y 1.200 km y podrá cargarse en sólo 10 minutos, según Toyota.

Como era de esperar, casi todos los principales fabricantes de automóviles están interesados ​​en las baterías de nueva generación y algunos ya están trabajando intensamente en las SSB.

El prototipo SSB de Toyota. Fuente: Toyota

Junto con las SSB, la tecnología de baterías de estado semisólido se viene desarrollando desde hace algún tiempo, liderada por la M24. Una batería semisólida tiene un electrodo con electrolito líquido y otro sin él. Las baterías semisólidas pequeñas, estables y más seguras también tienen mayor densidad de energía y son más baratas que las baterías de iones de litio. Desde drones hasta dispositivos portátiles inteligentes, las baterías de estado semisólido ofrecen una amplia gama de áreas de uso, incluidos los vehículos eléctricos.

En 2015, 24M anunció un nuevo diseño de celda de batería de litio semisólida que reduciría los costos en aproximadamente un 50%. Cuatro años después, 24M habló sobre la tecnología Dual Electrolyte, presentada como una capa de mejora que se agregará a LFP para almacenamiento y baterías NMC para aplicaciones de movilidad. En 2022, 24M dijo que había simplificado el diseño de la batería de iones de litio, reduciendo la necesidad de materiales inactivos hasta en un 80 %, los costos en un 40 % y proporcionando celdas de iones de litio con una densidad de energía de entre 400 y 500 Wh/kg, fabricadas específicamente para la industria de la aviación. La solución de 24M se refiere a otros mercados, incluidos los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.

Fuente: Batería Takoma

Fuente: Factorial

Imagen: CATL

Imagen: NIO

El uso de iones de litio entre los vehículos que funcionan con baterías supera el 95%, y las baterías de iones de litio de níquel-cobalto-manganeso (NCM) son muy preferidas gracias a su densidad de energía bien equilibrada. Al ritmo de mejora actual, se espera que las baterías de iones de litio de NCM alcancen los 100 dólares/kWh a nivel de celda. Con la llegada de las SSB, los precios de los vehículos eléctricos podrían reducirse entre un 25% y un 50%, ofreciendo vehículos eléctricos de largo alcance con un precio de alrededor de 20.000 a 30.000 dólares.

Según Research and Markets, el costoso proceso de desarrollo puede variar entre 400 y 800 dólares kWh para 2026. Sin embargo, más del 60% de los vehículos vendidos en todo el mundo serán vehículos eléctricos, con baterías más potentes y redes de carga generalizadas, dice la AIE, señalando que una adopción sólida para las bebidas azucaradas a principios de la década de 2030. Los principales obstáculos a superar en el desarrollo de SSB serán la escasa estabilidad y la alta resistencia superficial.

La imagen principal es cortesía de Shutterstock, 2192930967.