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La tecnología móvil está aumentando exponencialmente en potencia, pero la tecnología de la batería no se mantiene al día. Estamos llegando a los límites físicos de lo que pueden hacer los diseños convencionales de iones de litio y polímeros de litio. La solución podría ser algo llamado batería de estado sólido.
¿Qué es una batería de estado sólido?
En un diseño de batería convencional, más comúnmente de iones de litio, se utilizan dos electrodos de metal sólido con una sal de litio líquida que actúa como electrolito. Las partículas iónicas se mueven de un electrodo (el cátodo) al otro (el ánodo) a medida que la batería se carga, y viceversa cuando se descarga. El electrolito líquido de sal de litio es el medio que permite ese movimiento. Si alguna vez ha visto que una batería se corroe o se perfora, el «ácido de la batería» que rezuma (oa veces explota) es el electrolito líquido.
En una batería de estado sólido, tanto los electrodos positivos como negativos y el electrolito entre ellos son piezas sólidas de metal, aleación o algún otro material sintético. El término «estado sólido» puede recordarle a las unidades de datos SSD , y eso no es una coincidencia. Las unidades de almacenamiento de estado sólido utilizan memoria flash, que no se mueve, a diferencia de un disco duro estándar, que almacena datos en un disco magnético giratorio impulsado por un motor diminuto.
Aunque la idea de las baterías de estado sólido ha existido durante décadas, los avances en su desarrollo recién están comenzando, impulsados actualmente por la inversión de empresas de electrónica, fabricantes de automóviles y proveedores industriales en general.
¿Qué es mejor acerca de las baterías de estado sólido?
Las baterías de estado sólido prometen algunas ventajas distintas sobre sus primos llenos de líquido: mejor duración de la batería, tiempos de carga más rápidos y una experiencia más segura.
Las baterías de estado sólido comprimen el ánodo, el cátodo y el electrolito en tres capas planas en lugar de suspender los electrodos en un electrolito líquido. Eso significa que puede hacerlos más pequeños, o al menos, más planos, mientras retiene tanta energía como una batería de base líquida más grande. Por lo tanto, si reemplaza la batería de iones de litio o de polímero de litio de su teléfono o computadora portátil con una batería de estado sólido del mismo tamaño, la carga será mucho más larga. Alternativamente, puede hacer que un dispositivo que tenga la misma carga sea mucho más pequeño o más delgado.
Las baterías de estado sólido también son más seguras, ya que no hay líquidos tóxicos e inflamables que se derramen y no emiten tanto calor como las baterías recargables convencionales. Cuando se aplican a baterías que alimentan la electrónica actual o incluso a los coches eléctricos, también pueden recargarse mucho más rápido: los iones podrían moverse mucho más rápidamente del cátodo al ánodo.
Según las últimas investigaciones, una batería de estado sólido podría superar a las baterías recargables convencionales en un 500% o más en términos de capacidad y cargarse en una décima parte del tiempo.
¿Cuales son las desventajas?
Dado que las baterías de estado sólido son una tecnología emergente, su fabricación es increíblemente cara. De hecho, son tan caros que no están instalados en ninguno de los principales dispositivos electrónicos de consumo en el momento de redactar este artículo. En 2012, los analistas que escribieron para el departamento de Análisis de Software y Procesamiento Avanzado de Materiales de la Universidad de Florida estimaron que la fabricación de una batería de estado sólido del tamaño de un teléfono celular normal costaría alrededor de $ 15,000. Uno lo suficientemente grande como para alimentar un automóvil eléctrico costaría $ 100,000.
Parte de esto se debe a que las economías de escala no están en su lugar: cientos de millones de baterías recargables se fabrican cada año en este momento, por lo que el costo de fabricación de los materiales y equipos se distribuye en enormes líneas de suministro. Solo hay unas pocas empresas y universidades que están investigando baterías de estado sólido, por lo que el costo de producir cada una es astronómico.
Otro problema son los materiales. Si bien las propiedades de varios metales, aleaciones y sales metálicas utilizadas para las baterías recargables convencionales son bien conocidas, actualmente no conocemos la mejor composición química y atómica para un electrolito sólido entre ánodos y cátodos metálicos. La investigación actual está reduciendo esto, pero necesitamos recopilar datos más confiables antes de que podamos recopilar o sintetizar los materiales e invertir en procesos de fabricación.
¿Cuándo podré utilizar una batería de estado sólido?
Al igual que con toda la tecnología emergente, tratar de averiguar cuándo tendrá en sus manos es una conjetura en el mejor de los casos.
Es alentador que muchas corporaciones enormes estén invirtiendo en la investigación necesaria para llevar las baterías de estado sólido al mercado de consumo, pero si no se trata de un gran avance en el futuro inmediato, es difícil decir si habrá un gran avance. Al menos una compañía automotriz dice que estará lista para poner uno en un vehículo para 2023, pero no adivina cuánto podría costar ese automóvil. Cinco años parece demasiado optimista; diez años parece más probable. Pueden pasar veinte años o más antes de que se establezcan los materiales y se desarrollen los procesos de fabricación.
Pero como dijimos al principio del artículo, la tecnología de baterías convencional está comenzando a chocar contra una pared. Y no hay nada como las ventas potenciales para estimular la investigación y el desarrollo. Es al menos un poco (muy, muy poco) posible que pronto pueda usar un dispositivo o conducir un automóvil alimentado por una batería de estado sólido.
Crédito de la imagen: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock