Revolucionando el almacenamiento de energía: el auge de las baterías de estado sólido en la era de los vehículos eléctricos
Baterías de iones de litioutilizadas comercialmente se componen principalmente de cátodo, separador de ánodo y electrolito. Las baterías de iones de litio se instalan en teléfonos inteligentes, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos. Utilizan una solución electrolítica líquida.
Componentes de una batería:
Electrodos: El electrodo que libera electrones durante la descarga es un ánodo; el electrodo que absorbe los electrones es el cátodo. Almacenan litio. El electrolito transporta iones de litio con carga positiva (es decir, un ion es una partícula con carga eléctrica producida para dar un ion positivo o negativo, ya sea eliminando o agregando electrones de un átomo neutro) del ánodo al cátodo y viceversa a través del separador. El movimiento de los iones de litio crea electrones libres en el ánodo, creando una carga que fluye corriente eléctrica a través de un dispositivo que se alimenta. Los electrodos son responsables del rendimiento básico de la batería.
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Separador y electrolito: Estos dos determinan la seguridad de una batería. El separador actúa como una barrera física entre el cátodo y el ánodo, evitando el flujo directo de electrones entre ellos, bloqueando el flujo de electrones dentro de la batería, dejando solo a los iones que los atraviesen.
El electrolito transfiere iones (partículas portadoras de carga) de un lado a otro entre los dos electrodos de la batería, lo que hace que la batería se cargue y se descargue.
Batería de estado sólido: La batería de estado sólido utiliza una solución electrolítica sólida en lugar de una solución electrolítica líquida. También juega el papel de separador. Tiene una mayor densidad energética. No tiene riesgo de explosión o incendio, lo que elimina la necesidad de tener componentes de seguridad para esos propósitos, y ahorra más espacio para aumentar la capacidad de la batería.
Ejemplo de batería de estado sólido
Experimentación conbaterías de estado sólidose remonta a finales de la década de 1950, con el uso de electrolitos conductores de iones de plata. Avanzando hasta hoy, un ejemplo de batería de estado sólido es el vidrio de fosfato de litio. La densidad energética es alta en estas baterías, con una capacidad energética mayor que la de una batería de iones de litio.
Ventajas de la batería de estado sólido
Los electrolitos líquidos en las baterías de iones de litio están hechos de disolventes orgánicos inflamables; existe preocupación por su uso en entornos de alta temperatura. No existe tal riesgo asociado con el uso de baterías de estado sólido, ya que no están hechas de materiales inflamables. Se pueden utilizar a altas temperaturas y permiten una carga rápida debido a su resistencia al calor. Otro beneficio es la elección del tamaño de la batería, ya que no existen restricciones estructurales como en el caso de los electrolitos líquidos para evitar fugas.
El papel de las baterías de estado sólido en los vehículos eléctricos
La investigación apunta a la transición de los vehículos ICE (vehículos eléctricos de combustión interna) a los vehículos eléctricos en la industria automotriz. Se deben resolver varios desafíos antes de que los vehículos eléctricos se conviertan en algo común. Los vehículos eléctricos necesitan tener un nivel de kilometraje similar al del ICEV actual, y es necesario aumentar la capacidad de la batería de un vehículo eléctrico para hacerlo. La sustitución de las baterías de iones de litio por baterías de estado sólido es una tendencia importante del mercado en I+D para los fabricantes de automóviles y de baterías de estado sólido.
Se espera que el tamaño del mercado de baterías de estado sólido crezca con una CAGR del 32,5 %, alcanzando los 314 millones de dólares estadounidenses en 2028 desde los 58 millones de dólares estadounidenses en 2022.
Conclusión
Las baterías de iones de litio están alcanzando su avance tecnológico. Las baterías de estado sólido son una alternativa viable para abordar los factores restrictivos actuales. Las enormes inversiones de los fabricantes (Toyota, BMW, Volkswagen, Hyundai y muchos más) en la I+D de baterías de estado sólido darán como resultado avances tecnológicos innovadores en el sector.
Autor: Abhishek Saini