En una batería de estado sólido, los iones fluyen entre los electrodos a través del electrolito sólido, en lugar de hacerlo a través de un líquido, como ocurre en las baterías de litio actuales. Se espera que, en un futuro más o menos cercano, tengan un papel importante en el almacenamiento de energía en una amplia gama de aplicaciones, entre ellas los vehículos eléctricos.
Esta tecnología es más segura, puesto que al eliminar la parte líquida no hay riesgo de fugas o derrames. Son baterías más eficientes, ya que los iones pueden moverse más rápido acelerando los tiempos de recarga y aumentando la potencia de descarga. Al eliminar los sistemas de prevención de fugas, también pueden ser más ligeras y más delgadas, lo que las hace adecuadas para su uso en dispositivos portátiles y en aplicaciones donde el espacio es limitado.
Aunque las baterías en estado sólido aún no son tan comunes como las baterías de electrolito líquido, se están investigando y desarrollando activamente debido a sus muchas ventajas potenciales. El problema actual de estas baterías es la formulación química del electrolito. Se necesita que sean estables y permeables para que los iones de litio viajen a través de un material sólido.
Optimizar sus propiedades
Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) afirma haber encontrado una clase de materiales electrolíticos que mejora la conductividad y abre el camino para crear baterías en estado sólido más potentes, puesto que aceleran la capacidad de descarga. El proyecto titulado "Potencial industrialización de celdas de electrolitos de estado sólido" ha sido financiado por el Ministerio de Asuntos Económicos, Desarrollo Regional y Energía del Estado de Baviera.
Según su comunicado, se trata de un polvo cristalino que no contiene azufre, pero sí fósforo, aluminio y una proporción comparativamente alta de litio, por lo que conduce los iones de litio mejor que los electrolitos cerámicos. Según el equipo de investigación, las mediciones de laboratorio han demostrado que esta clase de sustancias tiene una alta conductividad.
Los estudios realizados en la fuente de neutrones de investigación Heinz Maier-Leibnitz son lo que han permitido descubrir esta nueva clase de materiales electrolíticos. La difracción de neutrones permite a los investigadores visualizar la manera que utilizan los iones los espacios libres de la red cristalina para su migración. En las nuevas sustancias, estos espacios libres están dispuestos de tal manera que los iones se mueven igualmente en todas las direcciones. Esta capacidad está relacionado con la alta simetría de los cristales y es, probablemente, la causa de su "conductividad de litio superiónica", tal y como la ha bautizado el equipo de investigación.
En poco tiempo, los químicos de la Universidad Técnica de Múnich lograron producir alrededor de una docena de nuevos compuestos diferentes que contienen, por ejemplo, silicio o estaño en lugar de aluminio. Esta amplia base de materiales permite una rápida optimización de las propiedades. Los polvos sintetizados son, por lo tanto, candidatos electrolíticos prometedores para futuras baterías de estado sólido.
“Los neutrones que tenemos del reactor de investigación hacen posible encontrar incluso los átomos más ligeros. Esto se debe a que los neutrones interactúan con los núcleos de los átomos y no con la capa atómica, como ocurre con la radiación de rayos X”, explica el doctor Anatoliy Senyshyn, responsable del reactor.
Los electrolitos utilizados hasta ahora son, en su mayoría, cerámicas oxídicas o compuestos a base de azufre que han demostrado ser incapaces de cumplir completamente con las expectativas depositadas en este tipo de baterías. El profesor Thomas Fässler, catedrático de Química Inorgánica en TUM, explica que su equipo, en colaboración con TUMint-Energy Research y la Universidad de Augsburgo, buscaba electrolitos más eficientes: "Nuestro objetivo es comprender mejor el transporte de los iones y luego utilizar este conocimiento para aumentar la conductividad". Según Fässler, esta investigación básica tiene el potencial de “acelerar el desarrollo de baterías más potentes”.
