Las baterías de estado sólido podrían casi duplicar nuestra gama de vehículos eléctricos.
BMW y Ford dieron un gran paso en el avance de los vehículos eléctricos hace unas semanas, invirtiendo en Solid Power, una compañía de baterías de estado sólido. La tecnología en auge está muy cerca de estar lista para el horario de máxima audiencia y las ventajas son muchas. En teoría, las baterías de estado sólido son más livianas, más densas en energía y pueden mejorar el alcance a un costo menor. Solid Power ya ha entregado cientos de celdas de batería producidas en línea de producción.
Pero queríamos profundizar más para descubrir cuáles son realmente estas cosas y cuáles son las ventajas a largo y corto plazo. Conocemos los discos duros de estado sólido. A diferencia de las unidades tradicionales, son más estables, menos susceptibles a sacudidas, contienen más cosas y duran más. Esperamos que las baterías de estado sólido hagan lo mismo.
En un nivel básico, las baterías de estado sólido utilizan electrodos sólidos y electrolitos sólidos, a diferencia de los electrolitos líquidos o de gel de polímero que se encuentran en las baterías de iones de litio. Los conceptos básicos fueron descubiertos por el genio de la electroquímica y el electromagnetismo Michael Faraday a principios del siglo XIX, pero nunca se adoptaron comercialmente.
Avance rápido hasta la década de 1950 y se emplearon algunos sistemas con iones de plata, pero no fue hasta que el Laboratorio Nacional Oak Ridge creó una nueva clase de electrolitos de estado sólido en la década de 1990 que las personas y la industria realmente comenzaron a darse cuenta.
Ford y BMW no son los únicos fabricantes de automóviles que buscan esta tecnología. En 2012, Toyota comenzó a realizar investigaciones para aplicaciones automotrices y ahora posee la mayoría de las patentes relacionadas con SSB a través de su larga asociación con el fabricante de productos electrónicos Panasonic. Dyson le disparó a la tecnología, pero abandonó su plan de construir un automóvil usándola. El fabricante de bujías NGK también está experimentando en el campo.
Pero Solid Power, establecida en 2012 y con sede en Colorado, es el líder actual en la casa club. Hablamos con el equipo sobre estas nuevas baterías para manejar esta nueva e importante tecnología y lo que esto significa para la industria.
¿Puede explicar cómo funcionan las baterías de estado sólido? Sabemos que con las baterías de iones de litio se producen reacciones químicas, ¿funcionan las baterías SS de la misma manera?
«Las baterías de estado sólido eliminan el electrolito líquido inflamable y la capa del separador de polímero en una batería de iones de litio tradicional y la reemplazan con una capa sólida. Actúa como una barrera para evitar que el ánodo y el cátodo se toquen entre sí, lo que acorta la batería, y como electrolito conductor (al igual que un electrolito líquido en una celda de iones de litio tradicional) «, dijo Will McKenna, director de marketing de Solid Power.
«Las principales ventajas de usar un sólido son energías específicas más altas (Wh / kg) y densidades de energía (Wh / L) con un ánodo que puede almacenar más iones, como el metal de litio. En la batería totalmente de estado sólido de Solid Power, la eliminación de todos los líquidos mejora la seguridad ( no hay líquido para alimentar el fuego de la batería ) y amplía el rendimiento de la temperatura (los líquidos se congelan a temperaturas muy frías, se evaporan a temperaturas muy altas). Luego está el costo. Diseños de paquetes simplificados y de menor costo debido a una mayor seguridad; reducción costo de garantía, flexibilidad de diseño de vehículos «, dijo McKenna.
¿Son mejores para el planeta? ¿O más barato de producir?
«Las baterías de estado sólido generalmente reemplazan el ánodo de grafito (un no metálico) con un ánodo de metal de litio. Esto se debe a los beneficios de aumentar la energía. El cátodo, que generalmente incluye níquel, cobalto, litio y manganeso (NMC), se utiliza tanto en baterías de iones de litio como en baterías de estado sólido «, dijo McKenna. «Sin embargo, la tecnología de Solid Power permite el uso de cátodos de conversión de próxima generación que podrían eliminar el cobalto, el níquel y el manganeso del cátodo por completo. Los materiales activos de cátodo NMC 811 actuales cuestan alrededor de $ 35 / kWh. Materiales activos de cátodo de tipo conversión de próxima generación podría costar alrededor de $ 3 / kWh «.
«Tanto este cátodo de próxima generación como el electrolito sólido de Solid Power están basados en sulfuro. El azufre es un no metal y es el décimo elemento más común en masa en el universo y el quinto más común en la Tierra», dijo McKenna.
¿Las baterías de estado sólido son más fáciles de reciclar?
«Las baterías de estado sólido pueden aprovechar la creciente infraestructura de reciclaje de baterías de iones de litio. Como esas baterías, las baterías de Solid Power normalmente contienen níquel, manganeso, litio y pequeñas cantidades de cobalto», dijo McKenna. «Los mismos métodos para reciclar baterías de iones de litio mediante la extracción de estos metales también funcionarán para las baterías de estado sólido. Como tal, no anticipamos procesos adicionales de inversión en infraestructura requeridos».
McKenna continuó explicando más de las ventajas, incluido que estas baterías de estado sólido optimizadas (pero aún de litio) podrían aumentar el alcance del vehículo en un 80%. La compañía también proyecta un tiempo de carga inferior a 20 minutos que va del 10% al 90%.
¿Cuántas pilas / baterías puede producir ahora y cómo cambiarán eso las inversiones de BMW y Ford?
«Solid Power produce hoy menos de 100 celdas por semana en nuestro rendimiento máximo. La inversión de BMW y Ford posiciona a Solid Power para producir baterías automotrices de 100 Ah a gran escala (producimos hasta 20 Ah en la actualidad), aumentar la producción de material asociado y expandirse internamente con capacidades de producción para la futura integración de vehículos «, dijo McKenna.
La conclusión aquí es que Solid Power está produciendo baterías de estado sólido con y para la tecnología que tenemos ahora. Esas baterías pueden utilizar las líneas de producción existentes, lo que permite una ampliación rápida con menos gastos que las baterías tradicionales. McKenna dice que su proceso elimina aproximadamente el 35% del costo en las grandes instalaciones típicas. Pero también está listo para el futuro utilizando sólidos más seguros y azufre más abundante. Si las baterías de estado sólido avanzan tan rápido como las unidades de estado sólido, espere verlas dentro del Ford Mustang Mach-E y BMW iX en un futuro muy cercano.
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