Apodadas como ‘el santo grial’ del coche eléctrico, las baterías de estado sólido se han posicionado como la solución al coche eléctrico más seguro, eficiente y con más autonomía. El principal problema que marcas como Fisker o Dyson no han conseguido resolver es la escalabilidad, y son muchas las promesas que hay sobre la mesa.
De momento, la apuesta más firme en este campo es de Toyota, que lanzará antes de 2025 la primera batería de estado sólido para un coche fabricado en serie. Pero no será un eléctrico puro.
¿Qué es una batería de estado sólido?
Así se deteriora una batería de iones de litio con el tiempo.(Fuente: SLAC National Accelerator Laboratory Stanford, California, USA)
La batería de estado sólido es una evolución de la batería de iones de litio y debemos su principal desarrollo a John B. Goodenough, el considerado padre de la batería de iones de litio, de la Universidad de Austin (Texas), junto a Stanley Whittingham y Akira Yoshino.
Pero para entender cómo funciona una batería de estado sólido, debemos primero recordar cómo funciona una de iones de litio.
Una batería de iones de litio se compone de dos electrodos de metal (o de material compuesto), uno siendo cátodo y el otro ánodo, inmersos en un líquido conductor (electrolito). El conjunto es lo que se llama celda. Y la combinación de varias celdas forma la batería. La batería emplea como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción química reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.
Batería de iones de litio (izquierda) vs batería de estado sólido (derecha).
Cuando la batería está cargada y se le conecta un aparato para alimentar, por ejemplo cuando ponemos en marcha el coche, el circuito eléctrico del conjunto se cierra. Esto activa una reacción química que provoca la circulación de partículas ionizadas de un electrodo a otro, arrastrando la producción de electrones a los bornes de la batería, es decir, “liberando” la energía.
Y si luego se conecta un cargador a los bornes de la batería, se produce un proceso químico inverso: las partículas circulan en la otra dirección y la batería se recarga.
Una batería de estado sólido funciona con el mismo principio que una de iones de litio, la principal diferencia está en el electrolito. En el primer caso es un líquido y en el segundo un material sólido.
En las investigaciones del equipo de John Goodenough se usa un electrolito de cristal que facilitaría su fabricación en serie, pero hay otros equipos trabajando con otro tipo de materiales, como nanohilos de oro envueltos en manganeso inmersos a su vez en un gel. Toyota, por su parte, mantiene secreto qué sólido utiliza.
¿Qué ventajas aporta?
En teoría, la batería de estado sólido sería la panacea para el auge del coche eléctrico. Toyota se niega a fabricar un coche eléctrico porque considera que en el estado actual de la tecnología, no pueden cumplir con las necesidades de los automovilistas.
Es decir, su autonomía es muy limitada y el tiempo necesario para su recarga exageradamente largo. Para Toyota son dos escollos que hacen inviable en la actualidad un coche eléctrico. Sin embargo, un coche equipado con una batería de estado sólido se eliminan esos dos puntos débiles.
En las baterías de iones de litio, con el tiempo, es decir con los ciclos de vida (carga y descarga), el litio líquido se va solidificando comiendo de paso el separador entre el ánodo y el cátodo creando dendritas (o cavidades). Esas dendritas van a provocar una caída de las prestaciones de la batería y en los casos extremos provocar un sobrecalentamiento, un corto circuito e incluso una explosión.
El equipo de John Goodenough usa un electrolito sólido de cristal, el lugar del líquido. El electrolito de cristal permite usar un ánodo de metal alcalino (en el lado negativo) lo que incrementa la densidad de carga de la batería -puede almacenar más energía que una de iones de litio de mismo tamaño- y previene la formación de dendritas. Además, el cristal permite que la batería pueda funcionar incluso con temperaturas ambientes de -20ºC.
Así, una batería de estado sólido aporta más autonomía, tiempo de recarga muy corto y más seguridad. Una batería de estado sólido puede almacenar tres veces más energía que una batería de iones de litio y se recarga en menos de una hora, según el equipo de John Goodenough.
Además, debido al estado sólido es también más segura, pues en accidente no se incendiaría -como sí ocurre con las de iones de litio- y además previene la formación de dendritas, alargando notablemente su vida útil y su seguridad (de ahí el interés de Samsung en este tipo de baterías…).
Además, el uso de un electrolito a base de cristal facilitaría la fabricación en serie de estas baterías, y por ende ayudaría a rebajar su coste.
Los avances hasta la fecha: Toyota hará la prueba de fuego
Fabricantes como Fisker o Dyson han tenido que dar marcha atrás en sus planes de comercializar un batería de estado sólido: el coste de fabricarla a gran escala es el principal obstáculo. La gran promesa de los fabricantes es alcanzar la paridad de precios entre los coches de combustión y los eléctricos antes de 2030.
Tenemos por ejemplo el plan de la alianza Renault-Nissan-Mitubishi, que pasa por desarrollar baterías de estado sólido en masa para 2028. Reducir a la mitad el precio, doblar la densidad de energía y triplicar la velocidad de carga son los ingredientes de esta estrategia.
2028 supone dos años después de lo que ha prometido Stellantis y tres más tarde que Toyota, que abrirá la veda con un coche híbrido en 2025.
En el caso de Stellantis hablamos de otro plan para 2026 que puede cumplirse o no, y que irá de la mano de la compañía estadounidense Factorial, cuya tecnología también anuncia hasta un 50 % más de autonomía que la tecnología actual de las baterías de iones de litio y reducir costes.
Quien parece estar más cerca de conseguirlo es Toyota, pero no en un coche 100 % eléctrico. La firma nipona anunció a principios de 2022 que tendría un coche híbrido equipado con una batería de estado sólido en el mercado antes de 2025.
¿Y por qué en un híbrido? Porque el coste de fabricar una batería de estado sólido en un híbrido es mucho menor debido al tamaño de la batería.
Al final, la batería de estado sólido puede considerarse el ‘santo grial’ del coche eléctrico, pero sin una red de recarga potente, no servirá de mucho. Sí tendrá una mayor densidad energética, lo que implica más autonomía con un peso menor, pero no podremos disfrutar de sus rapidísimos tiempos de carga.
