Las baterías sólidas, en las que el electrolito líquido que separa los electrodos y por el que viajan los iones se sustituye por un material cerámico (en la mayoría de los casos), se consideran el Santo Grial de los vehículos eléctricos. Los fabricantes de automóviles y los proveedores de baterías están invirtiendo grandes cantidades de dinero en esta tecnología, con la que se espera un salto espectacular en la autonomía, la velocidad de carga y la seguridad de los vehículos eléctricos. Pero tienen un hándicap: la producción en masa y económicamente viable está lejos en el tiempo.
La buena noticia es que entre las baterías líquidas y las sólidas se encuentran otras que pueden llegar a ofrecer los mismos beneficios y ventajas que estás últimas, con una fecha de comercialización mucho más cercana. Se trata de las baterías semisólidas, aquellas que emplean un electrolito con consistencia espesa, como un polímero, un gel o una pasta, en lugar de una solución líquida.
Los expertos hablan sobre las ventajas de las baterías semisólidas
Actualmente, las celdas de las baterías de los vehículos eléctricos se encuentran sumergidas en un electrolito líquido que facilita el movimiento de los iones a través del separador poroso ubicado entre el ánodo y el cátodo. En cambio, en un batería de estado sólido este electrolito requiere una unión y un movimiento de iones prácticamente perfectos entre el ánodo y el cátodo, según explica Richard Laine, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Michigan.
Si bien tanto en las baterías sólidas como en las semisólidas la arquitectura está pensada para incrementar la capacidad de almacenamiento de energía, una celda de batería de estado semisólido contiene pequeñas cantidades de líquido o gel para facilitar la transferencia de iones entre el ánodo (el electrodo negativo) y el cátodo (el electrodo positivo).
A pesar de la alta densidad del material del electrolito, todavía facilita el movimiento de los iones entre los electrodos. Esta estructura semisólida contribuye a prevenir posibles fugas y derrames de líquido, lo que las hace más seguras y menos propensas a la corrosión o a causar daños al medio ambiente.
En comparación con las baterías convencionales, además del extra de seguridad, también ofrecen una mayor densidad energética y una capacidad de carga muy alta. A estas ventajas, se suma una mayor vida útil, pudiendo resistir muchos ciclos de carga y descarga sin sufrir una degradación significativa.
"Lo semisólido no es una quimera. Está a la vuelta de la esquina, es factible y tiene muchos de los beneficios del estado totalmente sólido", asegura Max Reid, analista principal la firma de consultoría e investigación energética Wood Mackenzie.
¿Tiene sentido invertir tanto en baterías sólidas?
Hasta ahora, son pocas las empresas que se han lanzado a comercializar estas tecnologías. Si bien todos coinciden en que las sólidas están lejos del mercado, no ocurre lo mismo con las semisólidas.
Hace unos años Doron Myersdorf, CEO de StoreDot obtuvo unos resultados muy prometedores con sus celdas sólidas en el laboratorio de pruebas. Pero el éxito a corto plazo fue una ilusión inicial, de tal forma que se planteó una hoja de ruta en tres generaciones de celdas 100in5, 100in3 y 100in2 (autonomía en millas que pueden recuperar en 5, 3 y 2 minutos). Las primeras, líquidas, emplean su tecnología XFC predominantes en silicio estarán listas en 2024. Las segundas, semisólidas, en 2028, y las terceras, sólidas, para 2032.
Otras compañías comparten el objetivo de desarrollar baterías con mayor capacidad de energía, tiempos de carga más rápidos y una seguridad mejorada en comparación con las celdas existentes. Factorial Energy, StoreDot, SES AI, Lyte o QuantumScape trabajan en el desarrollo de baterías que incorporan pequeñas cantidades de líquido o gel. Estas compañías cuentan con el respaldo de importantes fabricantes de automóviles, entre los que se incluyen General Motors, Volkswagen, Honda y Hyundai. SK On, Samsung SDI y Toyota están inmersas en el desarrollo de baterías sólidas que utilizan un electrolito cerámico o polimérico en lugar de líquido o gel. Toyota tiene planes de lanzar baterías en colaboración con Idemitsu Kosan para el año 2028. Por otro lado, la startup Solid Power se encuentra trabajando en una batería sólida con electrolito en forma de polvo.
Para el desarrollo de estas baterías sólidas, se centran en el uso del metal de litio que posibilita que tanto la celda como el paquete de baterías logren una densidad de energía significativamente superior a la que poseen en la actualidad, según explica Conrad Layson, analista de propulsión alternativa en AutoForecast Solutions.
El futuro puede estar más cerca de lo que parece
Los avances en la tecnología semisólida plantean un interrogante muy claro. ¿Las baterías de estado sólido deberían seguir siendo el objetivo final de la industria? NIO se ha propuesto como objetivo ser el pionero al incorporar una batería de litio con electrolito semisólido en sus vehículos eléctricos. La que montará en el ET7 asegura que es capaz de duplicar la densidad energética mientras incrementa el peso en tan solo 20 kg.
A pesar de que las celdas semisólidas contienen menos líquido que las baterías actuales, los procesos y equipos de fabricación son, en gran medida, similares. Utilizar las instalaciones existentes aceleraría su comercialización y las haría competitivas en comparación con las celdas actuales asegura Siyu Huang, director ejecutivo de Factorial Energy.
Todo lo contrario de lo que ocurre con las baterías sólidas. Los analistas aseguran que modernizar las líneas de producción de las baterías de iones de litio para ellas podría resultar prohibitivo ya que requeriría su sustitución completa. Myersdorf afirma que la única forma de “implementar alguna solución en los próximos cinco años pasa por utilizar las fábricas tal como están”.
Tanto las empresas de baterías como los analistas anticipan el lanzamiento de una combinación de baterías semisólidas y de estado sólido hacia finales de la década de 2020, y una adopción generalizada a principios de la década de 2030.
Ya sea sólida o semisólida, estas tecnologías tienen el potencial de transformar la industria, asegura Huang. "La industria de las baterías lleva 20 años esperando una disrupción. Queremos que esta tecnología cambie el mundo. Esa es la visión fundamental de esta empresa. Realmente se trata de cuándo y cómo podemos hacerlo".
