La Universidad de California, Riverside, publicó un nuevo comentario en Nano Energy, analizando en profundidad la tecnología de baterías de estado sólido, señalando que promete cambiar muchos campos desde vehículos eléctricos hasta productos electrónicos de consumo, representando un gran salto en el almacenamiento de energía.
Comparadas con las baterías de iones de litio tradicionales, las baterías de estado sólido tienen ventajas significativas. En eficiencia de carga, las baterías actuales necesitan de 30 a 45 minutos para cargar al 80%, mientras que las baterías de estado sólido pueden reducir el tiempo de carga a 12 minutos, e incluso a solo 3 minutos en algunos casos. Esto se debe a que reemplazan los líquidos inflamables en las baterías estándar con materiales sólidos más seguros y eficientes. El autor principal del estudio, el profesor de ingeniería mecánica Cengiz Ozkan (Ozkan), dijo que eliminar los líquidos y usar materiales sólidos permite inyectar más carga de manera segura en una sola vez, sin riesgos de sobrecalentamiento o incendio. Las baterías de iones de litio tradicionales dependen de líquidos para mover iones de litio, pero los líquidos se degradan fácilmente, limitando la velocidad de carga y trayendo riesgos de incendio; las baterías de estado sólido usan materiales sólidos para proporcionar un entorno más seguro y estable para el movimiento de iones de litio, permitiendo carga más rápida, mayor eficiencia y menos riesgos.
El sólido dentro de las baterías de estado sólido es un electrolito sólido; la reseña se centra en tres tipos principales: basados en sulfuros, óxidos y polímeros, cada uno con ventajas, entre los que un electrolito basado en sulfuros tiene un rendimiento cercano al de los electrolitos líquidos existentes sin sus desventajas. Los investigadores también introdujeron herramientas para observar el trabajo de las baterías en tiempo real, como imagen por neutrones y técnicas de rayos X de alta energía, que pueden observar el movimiento interno del litio durante la carga y descarga de la batería, ayudando a identificar problemas y proporcionando bases clave para fabricar mejores baterías.
Además, las baterías de estado sólido pueden utilizar el litio de manera más eficiente; muchos diseños usan capas de litio metálico, que comparadas con las capas de grafito en las baterías actuales, pueden almacenar más energía en un espacio más pequeño, haciendo las baterías más livianas, más pequeñas y con mayor tiempo de suministro de energía. En términos de vida útil, las baterías de iones de litio tradicionales muestran un declive significativo en rendimiento después de aproximadamente 5 a 8 años en vehículos eléctricos, mientras que las baterías de estado sólido pueden mantener 15 a 20 años o más, dependiendo de las condiciones de uso y factores ambientales.
Ozkan indicó que, aunque las baterías de iones de litio tradicionales fueron revolucionarias, con el desarrollo de campos relacionados, sus límites de rendimiento y seguridad se están volviendo evidentes. Las baterías de estado sólido no solo tienen amplias perspectivas de aplicación actuales, sino que también podrían jugar un rol clave en viajes interestelares y exploración espacial en el futuro. Su estabilidad térmica y química las hace más adecuadas para soportar condiciones extremas de temperatura y radiación en el espacio exterior, almacenando energía de manera más eficiente y siendo más confiables en entornos cerrados con oxígeno controlado.
Esta vez, los investigadores realizaron una revisión para guiar la aceleración del desarrollo, escalabilidad y despliegue real de sistemas de estado sólido. Sin embargo, la producción a gran escala de baterías de estado sólido aún enfrenta dificultades, con costos altos. El comentario propone una hoja de ruta para soluciones, incluyendo el desarrollo de mejores materiales, mejorar las interacciones entre componentes de baterías e innovar tecnologías de fábrica para simplificar la producción. Ozkan dijo que las baterías de estado sólido están avanzando gradualmente hacia la realidad, y esta reseña muestra el progreso científico y los próximos pasos.
