La industria automotriz sabe que las baterías de iones de litio actuales no son más que un paso intermedio en el camino hacia la movilidad eléctrica. La verdadera respuesta está en las baterías de estado sólido, que sin embargo aún tienen unos cuantos años de desarrollo por delante.
Ya lo hemos dicho en muchas ocasiones: las baterías de iones de litio con electrolito líquido son las que actualmente monopolizan el mercado de los dispositivos electrónicos y el de los vehículos eléctricos. Pero, a pesar de ello, cuentan con limitaciones que impiden que se conviertan en la respuesta definitiva a las demandas de la industria y el mercado.
En cambio, las baterías de estado sólido prometen cargarse más rápido, durar más y funcionar de manera más segura. Así que, ¿a qué esperamos? Pues, entre otras cosas, a que los científicos encuentren el modo de conseguir que los iones se muevan de un electrodo a otro con facilidad a través del electrolito sólido, algo que de momento no han conseguido.
Prensado isostático
Sin embargo, un equipo de investigación del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), perteneciente al Departamento de Energía de Estados Unidos, ha hecho avances importantes en esta materia y los acaba de publicar en ACS.
En concreto, los científicos de ORNL han descubierto que el prensado isostático puede crear capas delgadas de electrolito sólido y uniforme, manteniendo un alto nivel de contacto entre las mismas para un movimiento iónico suave. Además, este método funciona con una variedad de composiciones de batería a diferentes temperaturas y presiones.
De hecho, en las pruebas realizadas el prensado isostático ha sido extremadamente exitoso a bajas temperaturas y con materiales electrolíticos blandos, que son más fáciles de procesar y que tienen estructuras cristalinas favorables para el movimiento de iones.
Esto es especialmente relevante porque, hasta ahora, el prensado isostático de las baterías se realizaba principalmente en condiciones extremas: temperaturas muy altas o a temperatura ambiente.
«Todos estos materiales tienen ventajas únicas que a los investigadores les gustaría explotar», dice Marm Dixit. «Es por eso que es importante que pueda hacerse prensado isostático en cualquier rango de temperatura, desde temperatura ambiente hasta varios miles de grados Fahrenheit: significa que puede usar cualquier cosa, desde polímeros hasta óxidos, toda la gama de materiales».
Tecnología escalable
Dixit explicó que la versatilidad es crucial para un proceso de fabricación uniforme en la amplia variedad de diseños y materiales de baterías de estado sólido que se están desarrollando.
Además, mencionó que el prensado isostático podría ser fácilmente escalable comercialmente, lo cual es importante ya que varias compañías automotrices líderes planean vender vehículos eléctricos que funcionen con baterías de estado sólido en un futuro próximo.
Por su parte, Ilias Belharouak, jefe de la sección de electrificación de ORNL, ha expresado que la tecnología de baterías de estado sólido debe ser perfeccionada para la fabricación a gran escala. Añadió que si el prensado isostático puede ser escalado, proporcionaría una forma práctica de ensamblar las capas de la batería sin necesidad de presiones externas poco prácticas.
Aunque el prensado isostático ha sido utilizado durante décadas en materiales de unión y unión por fusión, su uso en aplicaciones de batería ha sido limitado. No obstante, los investigadores de ORNL señalan que esta técnica podría permitir la fabricación de las tres capas de la batería como un único sistema denso, en lugar de crearlas por separado antes de unirlas.
En su artículo de ACS Energy Letters, el equipo de Dixit resaltó la importancia de buscar una batería de estado sólido que pueda ser ampliada para la fabricación a gran escala. El lograrlo tendría un gran impacto en la tecnología de baterías en las próximas décadas, permitiendo que las baterías de estado sólido de alta densidad de energía satisfagan las crecientes demandas de dispositivos electrónicos portátiles, almacenamiento en red, vehículos eléctricos e incluso aplicaciones de aviación.
Los investigadores de ORNL siguen realizando pruebas para determinar qué combinaciones de temperatura y presión de prensado funcionan mejor con diferentes materiales y cómo afectan la textura. Dixit mencionó que la capacidad de manipular la textura del cristal tendría beneficios significativos para las baterías de estado sólido.
Fuente | ORNL
