John Goodenough recibió el Premio Nobel de Química en 2019 junto a Whittingham y Yoshino. En la actualidad, a sus 97 años, y aislado de los peligros del coronavirus, trabaja en el desarrollo de la nueva batería de iones de litio con un electrolito sólido de cerámica que anunció en 2017. La Gen 3 de las baterías de litio, que revolucionarán la tecnología, necesita pasar de las pruebas de laboratorio a su escalamiento industrial y a la comercialización por parte de los fabricantes, ¿cuánto tiempo falta para que se pueda comprar un coche eléctrico con una batería de este tipo?
Si bien la tarea de desarrollo recae en él, el escalado de la producción y la comercialización la llevará a cabo la empresa pública Hydro-Québec. La compañía de servicios públicos opera su instituto de investigación de baterías desde 1967 y trabaja con Goodenough desde 1996. La tecnología de las baterías de litio con electrolito líquido, que han sido el motivo por la que el investigador ha recibido el Nobel puede considerarse como la fase Gen1 del desarrollo de las baterías para vehículos eléctricos. Así lo cree Karim Zaghib, director del centro, que recuerda que es la tecnología que emplean grandes fabricantes como BYD, CATL o Tesla para alimentar a sus vehículos eléctricos, así como millones de dispositivos electrónicos en todo el mundo.
Gen 2: electrolito polimérico
El electrolito es el medio físico que se coloca entre el cátodo y los electrodos para que por él viajen los iones mientras la batería se carga o descarga. Ahora, la empresa está trabajando en la siguiente generación de baterías colaborando con Mercedes-Benz en lo que Zaghib llama Gen 2, una batería de polímero de metal de litio de estado sólido que no está relacionada con el trabajo de Goodenough, pero que supone una gran promesa para el medio plazo.
En el caso del electrolito polimérico, se emplea un polímero que reduce la temperatura de trabajo de 80ºC a menos de 50ºC. Gracias a esta reducción de temperatura, la batería de un coche eléctrico puede aumentar sustancialmente su densidad de energía y reducir su coste. La empresa conjunta creada con el fabricante alemán está diseñando las celdas y módulos que usan esta tecnología. Zaghib cree que podrán implementarse en una batería de producción en 2026.
Mercedes-Benz se asocia con Hydro-Québec.
Gen 3: electrolito sólido
Mientras, Goodenough trabaja ya en Gen 3 para lograr un electrolito sólido de óxido de cerámica capaz de reducir esa temperatura de trabajo a 25ºC. Esto podría llevar a una transformación total de la industria del automóvil. Una batería de iones de litio actual, con electrolito líquido e inflamable, proporciona aproximadamente una densidad de energía de 250 Wh/kg. Esto se traduce en aproximadamente 350-400 kilómetros de autonomía en una batería de 60-70 kWh de capacidad.
Una batería de la Gen 3, emplea un electrolito sólido, no inflamable y por lo tanto completamente seguro. Además emplea litio metálico como material de ánodo, lo que multiplica la densidad energética por dos. Con una densidad de energía de 500 Wh/kg, la autonomía se dispara a los 800 kilómetros para la misma capacidad y el coste reduciría a 100 dólares por kWh, que se considera el límite para igualar el precio de los coches eléctricos a los de combustión.
La mayor dificultad para lograr las baterías Gen 3 está en la fabricación, asegura Zaghib. Mientras que es relativamente fácil producir un material electrolítico controlando un líquido o un polímero, el material cerámico es otra historia. Es difícil fabricar una película de electrolitos con material cerámico de 20 micras de espesor y que además sea capaz de soportar 1.000 ciclos de carga-descarga completos.
Este inconveniente alarga los plazos de su desarrollo: primero se necesita una prueba de laboratorio que funcione en fase experimental. Luego serían necesarios tres años para escalar la tecnología y "después otros cinco años para encontrar una empresa que comercialice esta tecnología:: no hay ningún fabricante de automóviles interesado en esta etapa", afirma Zaghib.
Si el paso de la tecnología de baterías de fosfato de litio y hierro (Gen 1) necesitó desde 1996 hasta hoy, 15 años, la pregunta es ¿cuánto tiempo pasará entre el anuncio de 2017 de Goodenough sobre este revolucionario electrolito y la posibilidad de comprar un coche eléctrico que monte una batería con esta tecnología?
