China señala el gran reto de las baterías con electrolito sólido

Las baterías con electrolito sólido llevan años prometiendo ser la revolución para el coche eléctrico. Más densidad energética, que supondrá más autonomía en el mismo espacio, mayor seguridad y una vida útil más larga. Pero mientras muchos focos apuntaban al electrolito como el gran protagonista de este salto tecnológico, desde China llega un mensaje claro: la clave no está ahí, sino en el cátodo.

Durante la tercera cumbre china sobre innovación en baterías sólidas, celebrada en Pekín a principios de mes, investigadores de la Universidad de Pekín pusieron el foco en que la densidad energética depende principalmente del cátodo. Y sin avances sólidos en este componente, el paso del laboratorio a la producción en masa seguirá siendo cuesta arriba.

El renovado interés por las baterías con electrolito sólido no es casual. Por un lado, la capacidad de investigación ha mejorado enormemente desde los años 90. Por otro, el mercado exige cada vez más: mayor densidad energética, más seguridad y materiales optimizados para exprimir cada kilómetro. Sobre el papel, esta tecnología lo tiene todo para triunfar: alta densidad energética, seguridad elevada, larga vida útil y costes contenidos. Pero la realidad es menos idílica. Sin una evolución profunda del cátodo, su impacto industrial será limitado.

Hoy los principales problemas se concentran en la estabilidad de las interfaces y en la compatibilidad entre materiales. Las pruebas con cátodos ricos en níquel han mostrado una mejor estabilidad térmica, algo fundamental para la seguridad. Sin embargo, siguen apareciendo riesgos cuando se trabaja con corrientes o voltajes elevados. Se produce polarización local, se forma una capa de alta impedancia y, con el tiempo, el rendimiento empieza a caer.

Incluso técnicas como el dopado con flúor, que permiten estabilizar temporalmente los ciclos de carga y descarga, no solucionan el problema de fondo. A partir de aproximadamente 125 ciclos, la degradación se acelera. Y en un coche eléctrico, donde se esperan miles de ciclos a lo largo de su vida útil, esa cifra está muy lejos de lo necesario.

El propio diseño cristalino de los materiales del cátodo añade otra complicación. Son anisotrópicos, es decir, no se comportan igual en todas las direcciones. Pequeños cambios de volumen durante la carga y descarga pueden concentrar tensiones en las interfaces, reduciendo la vida útil. Es un problema microscópico, pero con consecuencias muy reales a escala industrial.

A todo esto se suma la compatibilidad con los distintos electrolitos sólidos. Los hay basados en cloruros, sulfuros u óxidos, y cada uno presenta un comportamiento mecánico diferente. Los óxidos son demasiado rígidos. Los sulfuros y cloruros, por su parte, suelen requerir presión externa para funcionar correctamente, lo que complica la fabricación en serie. Para que esta tecnología sea viable a gran escala, harán falta electrolitos con bajo módulo elástico, más “amables” con la interfaz, o polímeros optimizados que trabajen en amplias ventanas de voltaje y ofrezcan alta conductividad.

En paralelo, los grandes fabricantes chinos ya han movido ficha. Empresas como CATL, BYD y Eve Energy han iniciado desarrollos integrados que combinan cátodo y electrolito como un único sistema. El objetivo es doble: optimizar el rendimiento de las celdas y blindar la tecnología mediante patentes propias.

También se están explorando procesos que faciliten la producción a gran escala. Los electrodos secos, la co-sinterización o la sinterización en frío permiten reducir la dependencia de procesos de recubrimiento complejos y, potencialmente, abaratar costes. Porque una cosa es lograr buenos resultados en el laboratorio y otra muy distinta fabricar millones de celdas al año con calidad constante.

De cara al futuro, todo apunta a que no habrá una única solución. Para los coches eléctricos de gama alta se barajan configuraciones con electrolitos poliméricos combinados con cátodos ricos en níquel o con alto contenido en litio, buscando la máxima densidad energética. En el mercado generalista, en cambio, el enfoque podría centrarse en sistemas basados en LiFePO4, priorizando seguridad y costes contenidos. Y para aplicaciones más específicas, se estudian electrolitos de sulfuro junto a cátodos de azufre.

La conclusión de la cumbre fue clara: el cátodo es el auténtico “cuello de botella” de las baterías sólidas. El electrolito sigue siendo importante, pero la densidad energética, el coste y la estabilidad dependen en gran medida del desarrollo del material del cátodo. Si China consigue avanzar en paralelo en innovación de materiales y en procesos de fabricación, reforzará todavía más su posición en el sector global de la batería.