Bateries sòlides: una de les grans apostes de la mobilitat elèctrica

Tot i que encara falta una mica de temps perquè arribin i s’extenguin de forma massiva, les bateries d’estat sòlid s'estan posicionant com una de les tecnologies més prometedores en el camp de l'emmagatzematge d'energia, especialment per a aplicacions com la dels vehicles elèctrics.

Com a l’evolució de les bateries de liti convencionals que hi ha avui dia, les bateries d’estat sòlid ofereixen diversos avantatges interessants. Tot i això, encara hi ha reptes significatius que han de superar abans que pugui fer-se una adopció generalitzada.

A continuació veurem que són, els reptes que han de superar, els seus avantatges i la previsió d’arribada teòrica al mercat.

Complex Sortimo (Alemanya) una de les electrolineres més grans del món

Què són les bateries d’estat sòlid?

Les bateries d'estat sòlid utilitzen un electròlit sòlid en lloc de l’electròlit líquid que es fa servir a les bateries actuals de ions de liti.

Una bateria està composta per tres elements principals: el càtode (elèctrode positiu), l'ànode (elèctrode negatiu) i l’electròlit, que permet el moviment dels ions de liti entre el càtode i l'ànode durant el procés de càrrega i descàrrega. A les bateries tradicionals de liti aquest electròlit és generalment un líquid que permet aquest  moviment dels ions, però és molt inflamable i tòxic.

Per la seva banda, les bateries d’estat sòlid fan servir un electròlit en forma sòlida (pot ser de naturalesa  ceràmica, de vidre o un polímer), tots ells materials que milloren la seguretat, a més de poder oferir millores en termes densitat energètica.

Reptes pendents de superar

Tot i els avantatges, les bateries d’estat sòlid encara han de superar certs reptes tècnics i de producció abans de poder ser adoptades massivament.

1. Producció a gran escala: La fabricació massiva de bateries d'estat sòlid és molt més complexa i costosa que la de les bateries actuals. Per aconseguir que els materials sòlids funcionin de manera eficient en un entorn de producció massiva encara s’ha de perfeccionar molt els processos que intervenen.
2. Durabilitat i cicles de càrrega: Un dels reptes tècnics clau és que les bateries d'estat sòlid poden experimentar una degradació prematura durant els cicles de càrrega i descàrrega. En alguns casos, els materials sòlids tenen dificultats per mantenir el contacte i la integritat estructural després de diversos cicles, sent aquest un dels majors reptes que hi ha pendent de solventar.
3. Als costos: Encara que els materials emprats poden ser més segurs i eficients, ara per ara també són més cars de produir i sobretot de processar. Això fa augmentar significativament el cost inicial en comparació a les bateries de ions de liti.
4. Interfície entre ànode i càtode: A causa de la rigidesa de l'electròlit sòlid, crear una interfície efectiva i duradora entre l’ànode i el càtode és encara difícil. I és que aquest mal contacte pot reduir la conducció d'ions i afectar el rendiment general de la bateria.

Avantatges respecte de les bateries de liti

Tot i els desafiaments que encara hi ha, les bateries d'estat sòlid ofereixen diversos avantatges que les converteixen en una tecnologia molt desitjable:

1. Major densitat energètica: Les bateries d'estat sòlid poden arribar a tenir fins a 2 o 3 vegades més densitat energètica que les bateries de liti actuals. Això es tradueix en una major autonomia per als vehicles elèctrics o una vida útil més llarga per a dispositius electrònics, l’altre sector que podria beneficiar-se de les bateries en estat sòlid.
2. Molta més seguretat: Com ja s’ha demostrat, un dels majors riscos de les bateries de liti convencionals és la seva inflamabilitat a causa de l’electròlit líquid. Les bateries d’estat sòlid eliminen aquest risc ja que el seu electròlit sòlid no és inflamable, fent-les molt més segures en tota mena de condicions.
3. Temps de càrrega més ràpids: Teòricament, les bateries d'estat sòlid podrien permetre temps de càrrega molt més ràpids en comparació a les actuals. No cal dir que enguany aquest és un dels grans problemes que hi ha en els vehicles elèctrics, on el temps de càrrega és encara massa llarg.
4. Vida útil més llarga: Gràcies a la seva estructura, les bateries d’estat sòlid també podrien oferir una major durabilitat i una vida útil més llarga gràcies a una degradació molt més baixa en el temps, cosa que reduiria la necessitat de substituir-les, al menys comparativament a les de liti.
5. Possibilitat de nous materials per als ànodes: A diferència de les bateries de ions de liti, les quals  necessiten ànodes de grafit, les bateries d'estat sòlid podrien utilitzar ànodes de liti metàl·lic, la qual cosa permetria una major densitat energètica.
6. Mediambient. Tot i que ja he comentat que els processos són fins i tot més cars que els requerits per les bateries de liti, també és cert que amb les bateries sòlides no caldria extreure els minerals que sí són necessaris per a la fabricació de les bateries actuals (liti, cobalt…).

Quan podrien arribar al mercat?

Encara que les bateries d'estat sòlid semblen cada cop més a prop i que per tot els avantatges que suposarien un cop superats els entrebancs, serien una gran solució envers la mobilitat elèctrica, encara és difícil fer una predicció acurada de quan estaran disponibles al mercat.

Les empreses i els centres de recerca estan treballant intensament i moltes previsions indiquen que les primeres bateries comercials podrien aparèixer entre l’any vinent  i els propers cinq anys..Toyota, per posar un exemple, ha anunciat que podria començar a produir vehicles elèctrics amb bateries d'estat sòlid l’any vinent, mentre que altres fabricants i startups, QuantumScape entre elles, estan fent avenços importants en la investigació i desenvolupament d’aquesta tecnologia. Tanmateix, la seva adopció massiva dependrà d

QuantumScape

Pels qui no la coneixeu, QuantumScape és una empresa de tecnologia dedicada a la recerca i desenvolupament de bateries d'estat sòlid. Principalment està entrada principalment en les seves aplicacions als vehicles elèctrics.

Fundada l'any 2010, l’empresa ha captat molt d’interès tant del món tecnològic com de la indústria automotriu, especialment per la seva ambició de comercialitzar una nova generació de bateries amb alguna patent que els fa estar un pas per endavant d’altres empreses. I és que un dels aspectes més innovadors de la tecnologia de QuantumScape és l'ús d'un electròlit ceràmic patentat. Aquesta solució permet que les bateries no només facin servir ànodes de liti metàl·lic, sinó que el seu ànode evita el risc que es formin estructures de cristall que poden perforar l’electròlit, un dels grans handicaps dels electròlits ceràmics.

Gran pas envers l’electrificació

Per tot l’exposat, està clar que les bateries d'estat sòlid representaran un canvi potencial en la tecnologia d'emmagatzematge d'energia. Oferiran molta més seguretat, més densitat energètica i molta més durabilitat hàbil.

No obstant això, els reptes pendents segueixen bloquejant la seva producció a gran escala. Un cop resolts, i sembla que hi ha moltes vies per resoldre’ls, la seva instauració reactivaria amb més força que mai el sector de la mobilitat basat en propulsors de naturalesa elèctrica.

Si voleu accedir a d’altres articles breus i reportatges, podeu fer-ho des de l’apartat del desplegable que trobareu al menú superior del blog. També podeu accedir directament des d’aquest enllaç.