Las baterías de estado sólido representan una apuesta prometedora de la industria, pero aún existen desafíos tecnológicos y se buscan las mejores soluciones de electrolito. Actualmente, hay tres candidatos principales compitiendo por ser la mejor opción: polímeros, óxidos y sulfuros.
Cada uno de ellos presenta ventajas y áreas de mejora distintas, lo que podría dar lugar a su coexistencia en diferentes aplicaciones según las necesidades. Pero antes recordemos de qué elemento clave de una batería estamos hablando.
Qué es un electrolito
Un electrolito es una sustancia que, cuando se disuelve o se funde, se descompone en iones cargados eléctricamente. Estos iones son portadores de carga eléctrica y pueden moverse libremente dentro del electrolito.
Los electrolitos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, y son fundamentales para la conducción de la electricidad en diversas aplicaciones, como las baterías, las celdas electroquímicas y las soluciones electrolíticas utilizadas en la electroquímica y la química analítica.
En una solución electrolítica, los iones cargados positivamente se llaman cationes, mientras que los iones cargados negativamente se conocen como aniones. Cuando se aplica un potencial eléctrico a través de un electrolito, los iones se mueven hacia los electrodos con carga opuesta, lo que permite el flujo de corriente eléctrica.
Esta migración de iones es esencial para el funcionamiento de dispositivos electroquímicos, como las baterías, donde se produce una reacción química reversible en los electrodos.
En el contexto de las baterías de estado sólido, el electrolito es un componente clave que permite la conducción iónica entre los electrodos, sin la necesidad de un electrolito líquido.
Los electrolitos sólidos en las baterías de estado sólido reemplazan a los electrolitos líquidos convencionales presentes en las baterías de iones de litio tradicionales, lo que ofrece beneficios potenciales en términos de seguridad, densidad de energía y estabilidad del electrodo.
Electrolitos poliméricos
Los electrolitos poliméricos son la gran apuesta para la electrificación masiva en la industria del vehículo eléctrico. Por un lado, tienen una alta compatibilidad con el litio metálico, lo que se traduce en una mayor autonomía y alcance de los vehículos eléctricos.
Además, su potencial de industrialización en celdas más grandes y su escalabilidad inherente a los materiales plásticos los hacen más competitivos en términos de coste. El uso de materiales poliméricos también reduce el riesgo de inflamabilidad de las baterías, lo que mejora su seguridad.
Sin embargo, los desafíos técnicos que deben superarse para la industrialización masiva de los electrolitos poliméricos se centran en la conductividad iónica, que disminuye debido a la naturaleza semicristalina de los polímeros. Esto requiere aumentar la temperatura de funcionamiento, lo que implica la necesidad de sistemas de gestión de baterías adecuados.
Electrolitos óxidos
Los electrolitos sólidos basados en óxidos destacan por su alta estabilidad mecánica y química, lo que los hace compatibles con ánodos de gran capacidad específica y cátodos de alto voltaje.
También presentan una buena conductividad iónica, incluso a bajas temperaturas, lo que mejora su seguridad y facilidad de gestión.
Sin embargo, los procesamientos y escalados de su fabricación son más costosos y menos compatibles con los métodos convencionales, lo que impacta en su coste final y precio de mercado.
Electrolitos de sulfuros
Los electrolitos sólidos basados en sulfuros se sitúan en un punto intermedio entre las alternativas anteriores.
Destacan por su alta conductividad iónica y propiedades mecánicas, que facilitan su procesamiento y la formación de buenos contactos con ánodos y cátodos. También ofrecen una solución adaptable para diversas aplicaciones y condiciones de uso, y su proceso de fabricación es más asequible en comparación con los óxidos.
Como contrapartida, la seguridad sigue siendo un desafío debido a su alta reactividad al aire y a la humedad, lo que genera un gas venenoso en altas concentraciones.
Otros electrolitos prometedores
Además de los polímeros, óxidos y sulfuros, también hay otras familias de electrolitos sólidos emergentes, como los boratos y haluros, que están despertando interés en la comunidad científica internacional.
Los boratos muestran buena conductividad iónica y estabilidad, pero su proceso de síntesis complicado y costoso limita su potencial de explotación. Los haluros presentan propiedades de procesabilidad similares a los sulfuros, pero son sensibles a la humedad y no son compatibles con el litio metálico como ánodo.
En el futuro, es probable que la industria adopte diferentes soluciones de electrolito según las aplicaciones y necesidades específicas de cada sector.
Aunque no se vislumbra una única línea de desarrollo, los electrolitos híbridos basados en polímeros (geles) parecen concentrar un mayor número de actores en industrias que impulsarán el almacenamiento de energía, como el sector de vehículos eléctricos.
En última instancia, el futuro de las tecnologías de electrolito para baterías de estado sólido se definirá en función de los avances en la superación de los desafíos técnicos y las necesidades específicas de cada aplicación.
La industria continuará explorando diferentes alternativas y combinaciones de materiales con el objetivo de lograr las mejores prestaciones, superar los retos tecnológicos y llevar estas soluciones a una industrialización efectiva.
Con el tiempo, es posible que se logre un equilibrio entre polímeros, óxidos, sulfuros y otras posibles tecnologías emergentes, lo que permitirá impulsar la adopción de las baterías de estado sólido en una amplia gama de sectores, desde la automoción hasta la electrónica de consumo y las energías renovables.
Fuente | CIC energiGUNE
