A solid state battery diagram. Wikipedia Commons License, authored by Na9234. 
19 Jul 2023

Baterías de estado sólido y nueva tecnología de la NASA: ¿Se acabarán pronto las baterías de iones de litio inflamables?

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Durante décadas, las baterías de iones de litio han sido el "patrón oro" del almacenamiento de energía. Alimentan nuestros teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y, cada vez más, nuestros coches. Sin embargo, las baterías de iones de litio se degradan rápidamente y son inflamables. ¿Y las baterías de estado sólido?

La densidad energética de las baterías de iones de litio (es decir, la cantidad de energía que pueden almacenar en relación con su tamaño y peso) deja mucho que desear, según afirma la empresa espacial polaca TS2.Space en su página web.

La respuesta puede estar en el futuro en las baterías de estado sólido: son más seguras, ligeras, potentes y duraderas.

¿Suena demasiado bien para ser verdad? Pues sí. Aunque aún faltan algunos años para que se produzca un avance comercial, algunos creen que las baterías ya están casi listas para una aplicación técnica en sectores del transporte en los que el fuego es un problema especial, como en la aviación.

¿Qué es una batería de estado sólido? Según Wikipedia, una batería de estado sólido emplea tecnología de estado sólido con electrodos sólidos y un electrolito sólido, en lugar de los electrolitos líquidos o de gel de polímero que se utilizan en las baterías de iones de litio o de polímero de litio.

Aunque los electrolitos sólidos se descubrieron por primera vez en el siglo XIX, varios inconvenientes han impedido su aplicación generalizada. Los avances de finales del siglo XX y principios del XXI han renovado el interés por las tecnologías de baterías de estado sólido, especialmente en el contexto de los vehículos eléctricos, a partir de la década de 2010.

Las baterías de tecnología de estado sólido pueden ofrecer soluciones potenciales para muchos de los problemas de las baterías de iones de litio líquidos, como la inflamabilidad, el voltaje limitado, la formación inestable de una interfase sólido-electrolito, el rendimiento deficiente de los ciclos y la resistencia.

¿Pueden las baterías de estado sólido sustituir a las baterías de los vehículos eléctricos, inflamables y obsoletas?

En su artículo "The Rise of Solid-State Batteries: Outpacing Traditional Lithium-ion Powerhouses", la empresa describelas "baterías de estado sólido" como un nuevo y potencial competidor de las de ión-litio, una vez que la tecnología sea comercialmente viable:

"En primer lugar, las baterías de estado sólido tienen una densidad energética mucho mayor que las de ión-litio. Esto significa que pueden almacenar más energía en el mismo espacio, o la misma cantidad de energía en un espacio más pequeño. En el caso de los vehículos eléctricos, esto podría traducirse en una mayor autonomía y baterías más pequeñas y ligeras. Para la electrónica portátil, podría significar dispositivos más delgados y ligeros con baterías de mayor duración...

... En segundo lugar, las baterías de estado sólido son más seguras. Los electrolitos líquidos de las baterías de iones de litio son inflamables y pueden hacer que la batería explote si se sobrecalienta. Los electrolitos sólidos, en cambio, no son inflamables y pueden soportar temperaturas más altas. Esto hace que las baterías de estado sólido tengan menos probabilidades de incendiarse o explotar".

Siguen siendo demasiado caras para la mayoría de usos comerciales... pero quizá no todos

Sin embargo, hay un inconveniente: Las baterías de estado sólido aún no son comercialmente viables. O, en términos más sencillos: Las baterías de estado sólido siguen siendo demasiado caras para la mayoría de aplicaciones de consumo, incluidos los vehículos eléctricos exclusivos.

Sin embargo, algunas investigaciones recientes son prometedoras:

El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT ) acaba de desarrollar un nuevo tipo de batería de estado sólido que puede funcionar a temperatura ambiente y tiene una vida útil de más de una década.

Un equipo de científicos de la Universidad de Michigan ha descubierto una forma de hacer que las baterías de estado sólido sean más duraderas y menos propensas a la degradación. Más información

La NASA desarrolla baterías de estado sólido para la aviación

El sitio web científico CleanTechnica.com escribe en un artículo reciente sobre el desarrollo por parte de la NASA de una batería de estado sólido de azufre-selenio lo bastante ligera y resistente como para alimentar grandes aviones.

"La mayoría de nosotros tiene poca idea de lo que la NASA -la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio- ha estado haciendo desde que terminaron las misiones lunares Apolo... Resulta que la parte "aeronáutica" de su misión incluye avances en los aviones, y eso significa encontrar alternativas a los combustibles convencionales que dejen menos emisiones durante el vuelo", escribía en julio de 2023 CleanTechnica.com.

Según el artículo, la NASA lleva años investigando el vuelo impulsado por baterías como parte de su programa SABERS ( Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety ):

"La NASA afirma que su batería prototipo de selenio de azufre tiene una densidad energética de 500 vatios-hora por kilogramo, que es aproximadamente el doble que la de las baterías convencionales de iones de litio".

El problema es que los aviones necesitan enormes cantidades de energía para elevarse del suelo. Y hasta hace poco, las baterías de iones de litio eran capaces de descargar su energía almacenada mucho más rápidamente de lo que podían hacerlo las baterías de estado sólido.

Los investigadores de Ahe SABERS, con la ayuda de sus socios de Georgia Tech, afirman ahora haber encontrado la forma de hacer que sus baterías de estado sólido se descarguen diez veces más rápido que cuando empezó la investigación. Después consiguieron multiplicar por cinco la velocidad de descarga, y eso en una batería que es un 40% más ligera que la misma energía almacenada en una batería de iones de litio.

De nuevo, actualmente el problema para que estas baterías entren en el mercado es el coste. Para la mayoría de los grandes turismos y vehículos personales, los costes serán probablemente un obstáculo durante varios años. Sin embargo, en el caso de las líneas aéreas, los taxis aéreos y otras aplicaciones en las que los costes se reparten entre miles de vuelos, el umbral económico quizá no esté demasiado lejos en el futuro.

El artículo menciona dos compañías de taxis aéreos que están considerando las nuevas baterías:

United Airlines utiliza aviones con alas que necesitan menos energía para mantenerse en el aire una vez alcanzan la altitud de crucero. La otra, de Archer Aviation, utiliza lo que básicamente son drones agrandados que necesitan que sus rotores estén en constante uso de alta potencia para mantenerse en el aire, lo que significa que consumen mucha energía todo el tiempo y tienen una autonomía menor.

Crédito de la foto: (Foto de portada arriba)

Diagrama de una batería de estado sólido. Licencia Wikipedia Commons, autor: Na9234.

Entonces, ¿qué