Revolucionando el almacenamiento de energía: el auge de las baterías de estado sólido en la era de los vehículos eléctricos
Las baterías de iones de litio que se utilizan comercialmente se componen principalmente de un cátodo, un separador de ánodo y un electrolito. Las baterías de iones de litio están instaladas en teléfonos inteligentes, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos. Utilizan una solución de electrolito líquido.
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 cargados positivamente (es decir, un ion es una partícula cargada eléctricamente que se produce para dar un ion positivo o negativo, ya sea eliminando o agregando electrones de un átomo neutro) desde el 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 hace fluir la corriente eléctrica a través de un dispositivo que se está alimentando. 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 y dejando pasar solo los iones a través de ellos.
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 de electrolito sólido en lugar de una solución de electrolito líquido. También desempeña el papel de separador. Tiene una mayor densidad de energía. No tiene riesgo de explosión o incendio, lo que elimina la necesidad de tener componentes de seguridad para esos fines y ahorra más espacio para aumentar la capacidad de la batería.
Ejemplo de batería de estado sólido
La experimentación con baterías de estado sólido se remonta a finales de la década de 1950, con el uso de electrolitos conductores de iones de plata. Avanzando rápidamente hasta hoy, un ejemplo de batería de estado sólido es el vidrio de fosfato de litio. La densidad de energía es alta en estas baterías, con una capacidad de energía mayor que la de una batería de Li-ion.
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.
Papel de las baterías de estado sólido en los vehículos eléctricos
La investigación apunta hacia la transición de los ICEV (vehículos eléctricos de combustión interna) a los vehículos eléctricos en la industria automotriz. Es necesario resolver varios desafíos antes de que los vehículos eléctricos se conviertan en la corriente principal. Los vehículos eléctricos deben tener un nivel similar de kilometraje que el ICEV actual, y es necesario aumentar la capacidad de la batería de un vehículo eléctrico para hacerlo. El reemplazo 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 baterías automotrices y de estado sólido.
Se espera que el tamaño del mercado de la batería de estado sólido crezca con una CAGR del 32,5 %, alcanzando los US$ 314 millones para 2028 desde los US$ 58 millones 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