¿Qué pasaría si la batería de un vehículo eléctrico pudiera cargarse más rápido que nunca y, al mismo tiempo, durar el doble? Imagine que las baterías fueran mucho más compactas y eficientes. Estas son algunas de las posibles ventajas de las baterías cerámicas de estado sólido. Sin embargo, esta tecnología aún no está lista para el mercado y le explicaremos por qué.
Si bien la tecnología de las baterías cerámicas de estado sólido parece destinada a transformar el almacenamiento de energía tal como lo conocemos, aún existen varios desafíos que los innovadores deben resolver.
Por ejemplo, actualmente estas baterías cuestan demasiado producirlas y su fabricación todavía es demasiado compleja para escalarlas.
Pero el futuro es emocionante. En este artículo, exploramos los diversos aspectos clave de la tecnología de baterías cerámicas de estado sólido, los avances recientes y los desafíos relacionados. Pero primero, una breve introducción a la razón de tanto revuelo.
¿Qué son las baterías de estado sólido de cerámica?
La mayoría de los dispositivos y aparatos que utilizamos en nuestra vida diaria dependen de baterías de iones de litio, desde relojes y teléfonos hasta computadoras portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de energía solarGeneralmente, una batería de iones de litio contiene un electrolito líquido a través del cual pasan los iones para cargar la batería o alimentar un dispositivo.
Sin embargo, las baterías de estado sólido son diferentes.
Fuente: Británica
Como su nombre indica, las baterías de estado sólido sustituyen este electrolito líquido por un material sólido: la cerámica. En otras palabras, las baterías de estado sólido cerámicas utilizan electrolitos cerámicos para conducir los iones entre los electrodos.
Aunque parezca un cambio insignificante, los electrolitos cerámicos ofrecen varias ventajas en comparación con sus homólogos de iones de litio. Estas son algunas de ellas:
-
Seguridad: Las baterías de estado sólido de cerámica no pueden tener fugas y no son inflamables.
-
Tiempo de carga: Pueden cargarse hasta seis veces más rápido que las baterías de iones de litio.
-
Densidad energética: Los electrolitos cerámicos son al menos dos veces más densos que las baterías de iones de litio, lo que significa una mayor eficiencia en relación tamaño-por-tamaño.
- Potencia: Las baterías de estado sólido de cerámica son al menos tres veces más potentes que las baterías de iones de litio a temperatura ambiente.
Se puede afirmar con seguridad que las baterías de estado sólido son claramente superiores en todos los ámbitos. Pero ¿por qué aún no se han generalizado? Hablaremos de ello en breve.
¿Son las baterías de estado sólido mejores para el medio ambiente?
La respuesta es sí. Las baterías cerámicas de estado sólido tienen una menor huella de carbono, ya que se utilizan menos materiales en su producción. Por lo tanto, son considerablemente mejores para el medio ambiente.
En un coche eléctrico, Las estadísticas muestran Las baterías cerámicas de estado sólido pueden reducir el impacto ambiental y climático del vehículo hasta en 391 TP³T en comparación con las baterías de iones de litio durante el mismo ciclo de vida. Dado que las baterías de estado sólido tienen una mayor densidad energética, requieren muchos menos materiales de fabricación y generan menos emisiones.
Además, las baterías cerámicas de estado sólido consumen menos recursos durante su vida útil. Dado que se cargan mucho más rápido y tardan más en agotarse por completo, los usuarios consumirán menos recursos para su gestión.
También debemos mencionar que esta longevidad significa que se necesitarían fabricar y reemplazar menos baterías con el tiempo, lo que reduciría la tensión ambiental asociada con la extracción, producción y eliminación de materias primas.
Dicho esto, exploremos los otros beneficios de las baterías de estado sólido de cerámica.
Los principales beneficios de las baterías de estado sólido de cerámica
La tecnología de baterías cerámicas de estado sólido aún está en desarrollo. Sin embargo, ya ofrece varias áreas de mejora potenciales con respecto a las baterías actuales del mercado.
Estas son algunas de las ventajas que ofrecen las baterías de estado sólido:
Un mayor factor de seguridad
El componente líquido de las baterías de iones de litio es uno de los mayores retos de seguridad, ya que es volátil e inflamable. Dado que las baterías de estado sólido no contienen electrolito líquido, suelen ser más seguras y estables. Además, la cerámica sólida forma un separador más estable y resistente al calor entre el ánodo y el cátodo de la batería, lo que previene eficazmente los cortocircuitos.
Mayor densidad energética
Otro aspecto destacado de las baterías cerámicas de estado sólido es su mayor densidad energética. Estas baterías utilizan un ánodo de metal puro, a diferencia del ánodo de grafito de las baterías de iones de litio. Esto se traduce en un aumento considerable de la densidad energética de la batería, lo que resulta en una batería más ligera y compacta.
Tiempos de carga súper rápidos
Los estudios demuestran que las baterías cerámicas de estado sólido pueden cargarse hasta seis veces más rápido que todas las demás tecnologías de baterías disponibles en el mercado. Si bien las cifras exactas aún no son definitivas, las investigaciones sugieren que estas baterías podrían alcanzar una carga de hasta 80% en tan solo 10 o 15 minutos.
Además, el estado sólido cerámico también podrá funcionar mejor a temperaturas más altas ya que las cerámicas generalmente son más resistentes al calor.
Mayor capacidad y alcance
Dado que el electrolito cerámico sólido elimina la necesidad de un separador (como ocurre en las baterías de iones de litio), las baterías de estado sólido generalmente serán más pequeñas tras su producción. Además, la mayor densidad energética de las baterías de estado sólido permite que se pueda comprimir más en menos. En otras palabras, las baterías pueden ser más potentes sin ser demasiado voluminosas. Además, las baterías de estado sólido son más ligeras.
Fuente: Unsplash
Es innegable que las baterías cerámicas de estado sólido destacan en diversos aspectos. Sin embargo, examinemos sus diversos desafíos o inconvenientes.
Los desafíos de las baterías cerámicas de estado sólido
La tecnología de baterías cerámicas de estado sólido promete revolucionar la industria del almacenamiento de energía, a la vez que aumenta la eficiencia de los vehículos eléctricos. Sin embargo, aún debe superar algunos obstáculos críticos antes de que esté lista para los consumidores y el mercado.
He aquí tres razones por las que el avance de las baterías de estado sólido aún no se ha producido:
Problemas de estabilidad
Cuando una batería de estado sólido se carga, sus celdas se expanden y luego vuelven a la normalidad durante la descarga, casi como si la celda respirara. Esto provoca cierta inestabilidad, lo que eventualmente conducirá al deterioro de la batería. Para solucionar este problema, es necesario innovar para mantener las celdas de estado sólido fijas y comprimidas al mismo tiempo.
Es más eficaz a temperaturas más altas.
Dado que los electrodos sólidos son mejores conductores a temperaturas más altas (normalmente superiores a 10 °C), la batería de estado sólido podría no ser muy eficaz cuando está fría. Por lo tanto, es necesario trabajar para garantizar su buen rendimiento a temperaturas más bajas.
Altos costos de producción
Otro desafío importante de la batería cerámica de estado sólido es su costo de fabricación relativamente alto. Si bien la tecnología es indudablemente innovadora, su elevado costo de producción representa un obstáculo significativo para su escalabilidad.
Fuente: Unsplash
Uniéndolo todo
La perspectiva de las baterías cerámicas de estado sólido es emocionante, ya que son la clave para resolver muchos de los problemas que los consumidores y las empresas enfrentan actualmente con las baterías de iones de litio. Desde una mayor eficiencia energética hasta tiempos de carga más rápidos y una mayor seguridad, las ventajas que ofrecen estas nuevas tecnologías de baterías son numerosas.
Sin embargo, el camino hacia la adopción masiva requiere mayor innovación para resolver los desafíos existentes con las baterías cerámicas de estado sólido. Dicho esto, la tecnología de baterías de estado sólido promete redefinir las soluciones energéticas, ¡y estamos ansiosos por verla llegar al mercado!