¿Pueden las baterías de estado sólido resolver los problemas de duración de la batería?

Las baterías de estado sólido reemplazarán a las baterías de iones de litio convencionales en los próximos años. Los consumidores han utilizado comercialmente baterías de iones de litio para productos electrónicos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos.

Las baterías de iones de litio utilizan un electrolito líquido altamente inflamable que mueve los iones de litio entre dos electrodos: el ánodo y el cátodo. Actualmente se consideran como las soluciones de almacenamiento de energía más eficientes y ligeras.

Sin embargo, tienen limitaciones como la seguridad, el costo, las tasas de carga y descarga que se evitarán mediante el desarrollo de baterías de estado sólido.

¿Qué son las baterías de estado sólido?

Las baterías de estado sólido son baterías que están hechas de materiales sólidos. En otras palabras, un componente sólido como vidrio, cerámica o material sintético reemplaza los electrodos y los electrolitos líquidos comúnmente utilizados en las baterías de iones de litio.

Los iones son más difíciles de pasar a través de metales sólidos que de líquidos, y dado que no hay partes líquidas en una batería de estado sólido, su desarrollo es difícil y más costoso.

Por un lado, el uso de vidrio y cerámica puede no ser una solución duradera debido a la fragilidad de los dos materiales. Teniendo en cuenta que las baterías tienen demanda en grandes cantidades, podría no ser viable fabricar cerámica y vidrio para el mercado global. Además, el proceso puede emitir sustancias tóxicas.

Por otro lado, el uso de polímeros requiere temperaturas extremadamente altas para que las baterías funcionen. Desarrollar un polímero que pueda conducir iones a temperatura ambiente es un proceso lento.

¿Cómo funciona una batería de estado sólido?

La principal diferencia entre las baterías de iones de litio y las baterías de estado sólido es el medio que permite el movimiento de los iones. En lugar del electrolito de sal que se usa en las baterías de iones de litio, las baterías de estado sólido usan sólidos conductores de iones.

El concepto aquí es reacciones redox. La oxidación tiene lugar en el ánodo y la reducción en el cátodo, lo que permite que la batería almacene la carga y la descarga según sea necesario.

Los electrolitos sólidos utilizados en una batería de estado sólido deben proporcionar alta resistencia electrónica, baja resistencia interna y, lo que es más importante, alta conductividad iónica. Para una mayor retención de carga, los electrolitos sólidos deben estar bien aislados.

¿Por qué son mejores las baterías de estado sólido?

Lo que hace que las baterías de iones de litio sean voluminosas es el separador de líquidos y las precauciones de seguridad implementadas para evitar fallas drásticas. La tecnología de baterías de estado sólido está lista para mejorar por las siguientes razones:

  • Se minimiza la formación de dendritas. Las dendritas son depósitos de metal que se forman en los electrodos de una batería cuando está cargada. Cuando las dendritas pasan a través de electrolitos líquidos, pueden causar cortocircuitos que pueden provocar explosiones. Una batería de estado sólido elimina este problema al deshacerse del medio líquido.
  • Ciclos de vida más largos. Las baterías actuales están perdiendo lentamente su capacidad de carga y pueden volverse completamente inútiles después de dos años. Es por eso que la batería de su computadora portátil no puede durar todo el día sin recargarla al menos dos veces. Sin embargo, con las pruebas que muestran que las baterías de estado sólido alcanzan más de 500 ciclos de carga/descarga, muestran cuán efectiva será la nueva tecnología. Esto significa que puede usar una batería portátil de estado sólido durante más horas.
  • El tamaño de la batería podría reducirse significativamente. Los componentes sólidos utilizados en las baterías de estado sólido se pueden comprimir en dimensiones más pequeñas e incluso mantener una mayor capacidad energética.
  • Sin gases tóxicos. El material líquido que se encuentra en las baterías de iones de litio contiene sustancias tóxicas que son extremadamente peligrosas. Por otro lado, las baterías de estado sólido son más seguras ya que se reemplaza el líquido inflamable por metales sólidos y aleados. Los metales pueden soportar altas temperaturas, lo que reduce la probabilidad de explosión. Además, los investigadores han desarrollado un plástico ignífugo para que la batería no se incendie.
  • Carga más rápida. Aunque todavía está en desarrollo, las pruebas indican que los tiempos de carga podrían aumentar hasta diez veces más rápido. En otras palabras, será posible recargar completamente una batería de estado sólido en minutos. Este será un avance bienvenido en autos eléctricos, teléfonos y computadoras portátiles.
  • El electrolito líquido de las baterías normales puede congelarse a temperaturas extremadamente bajas. Esto limita su uso. Sin embargo, las baterías de estado sólido no se ven afectadas por la temperatura por debajo de cero grados, por lo que las operaciones no deben detenerse debido a baterías congeladas.

¿Cuales son las desventajas?

Las baterías de estado sólido aún están en fase de desarrollo. La falta de materiales apropiados que frena los avances de los investigadores admite que los electrolitos son el bloque más grande. Un electrolito de alto rendimiento juega un papel importante en el rendimiento general de una batería.

Descifrar esa fórmula para encontrar materiales sólidos alternativos que sean altamente conductores para funcionar con baterías grandes será un avance tecnológico significativo.

Otro inconveniente son los altos costos de producción. Debido a la naturaleza de la fabricación de baterías de estado sólido, se requiere un equipo sofisticado para manejar el complejo proceso de fabricación. Dichos costos son difíciles de sostener a largo plazo y conducen a productos finales costosos.

¿Puedo usar una batería de estado sólido en 2018?

Incluso con corporaciones gigantes como General Motors y Dyson inyectando millones de dólares en la industria de las baterías, todavía estamos a años de experimentar con dispositivos electrónicos que usan baterías de estado sólido. Entonces, con los investigadores aún tratando de descubrir las composiciones químicas que se usarán para un electrolito sólido, lo más cerca que podemos esperar de usar baterías es 2020.

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Author: Ing. Luis

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