En la carrera de la industria por reemplazar las baterías de iones de litio, que actualmente alimentan los vehículos eléctricos, por una nueva tecnología más económica de producir, con mayor capacidad energética y más segura, el electrolito sólido está ganando ventaja respecto a otras opciones. Fabricantes de automóviles y suministradores de baterías luchan por llegar los primeros a la meta: una batería con electrolito sólido, fabricada a escala industrial, que cumpla con lo que promete: mayor capacidad energética, mayor seguridad, y menos costes de producción.

Cuando, en el pasado Salón del Automóvil de Tokio, las puertas de ala de gaviota del concept Lexus LF-30 Electrified se elevaron durante su presentación, en el umbral del deslumbrante automóvil se pudieron ver dos palabras en letras azules brillantes que lo diferenciaban del resto de los modelos (por encima de su diseño): “Estado sólido”.

Lexus LF30 Electrified.

Esta quería ser una demostración más de lo que Toyota lleva tiempo afirmando: está en camino de cumplir la promesa que hizo en 2017 de disponer baterías de estado sólido a mediados de la década de 2020. Según explicó Shigeki Terashi, director de tecnología de Toyota , los Juegos Olímpicos de 2020, con sede en Tokio, serán testigo de la presentación del primer vehículo eléctrico alimentado por baterías de litio con electrolito sólido. Toyota lo presentará en la ceremonia de apertura o clausura como muestra de sus avances en esta tecnología, en un escenario del que todo el mundo estará pendiente. Le acompañarán otros 12 vehículos semiautónomos que prestarán servicio durante todo el evento. La producción en serie y en gran volumen de este tipo de baterías no llegará hasta mediaos de la década.

¿El electrolito sólido es lo que esperamos?

En una batería de litio, los dos electrodos y el separador que evita que se toquen, están sumergidos en un electrolito líquido o de gel que facilita el desplazamiento de los iones, cuyo mayor inconveniente es que es inflamable. Con las baterías que utilizan materiales sólidos para el electrolito, que no tienen riesgo de incendio, se eliminan los sistemas de seguridad que evitan la acumulación de calor, que reducen el espacio y se aumentan el peso. Además no se necesitan separadores entre los electrodos, ni la cubierta externa protectora, que también añaden peso. Gracias a esta solución la densidad de energía aumenta de forma considerable, lo que quiere decir que una batería en estado sólido en un vehículo eléctrico ofrecería el doble de autonomía ocupando y pesando lo mismo.

Los expertos aseguran que las baterías de estado sólido están en la mejor disposición para cumplir con la mayoría de los objetivos de una batería de próxima generación. Pero se necesita más trabajo de laboratorio, más ajustes en la química y más pruebas en el mundo real para determinar si realmente cumplen lo que prometen.

Según Shift Joe LoGrasso, director del Consorcio de baterías avanzadas de Estados Unidos, “los coreanos y los japoneses han avanzado mucho en desarrollos que parecen muy prometedores. Se trata de una carrera global para llegar a la mejor solución”.

Celdas de batería con electrolito sólido de Imec.

En una entrevista con Bloomberg, publicada el mes pasado, M. Stanley Whittingham, uno de los tres galardonados con el Premio Nobel de química de este año por su trabajo en el desarrollo de las baterías de iones de litio, reconoció el potencial de las baterías de estado sólido. Sin embargo, confía en que la tecnología actual siga siendo dominante durante al menos la próxima década.

Escalabilidad del electrolito sólido

Esto no sería una carrera si Toyota participase solo. Muchos otros fabricantes de automóviles y los más importantes proveedores de baterías, como Panasonic o LG Chem tabajan para lograr la fórmula mágica que permita una transición casi perfecta de los motores de combustión interna a los motores eléctricos. Para reemplazar los combustibles fósiles, la química de la batería debe cumplir una serie de condiciones básicas: potencia, densidad energética, recarga ultrarrápida, seguridad ante incendios, durabilidad y reducción de costes respecto a la tecnología actual.

General Motors, una de las compañías estadounidenses que trabaja en el desarrollo de estas baterías, es optimista con respecto a los resultados según ha declarado Tim Grewe, director de sistemas de baterías y electrificación global de GM. Para él, en las baterías hay dos elementos clave que pueden cambiar totalmente sus propiedades actuales. Una es el electrolito sólido y la otra es la composición química del ánodo.

Goodenough, Whittingham y Yoshino premio Nobel de Química 2019.

Mientras estas baterías no se produzcan a escala industrial nadie asegura que sea cierta la prometida reducción de los costes de producción puesto que no está claro cuánto costará fabricarlas ni si se obtendrá la capacidad energética que prevé. Es posible que puedan funcionar equipos electrónicos pequeños, como los teléfonos móviles, pero según Whittingham “hay algunas preguntas importantes antes de que se usen en sistemas de mayor escala”.

Por eso, y en paralelo, los fabricantes de automóviles y los proveedores de baterías también trabajan para mejorar las baterías de iones de litio actuales. Aunque las baterías de estado sólido tienen un gran potencial, Whittingham asegura que las baterías con electrolito líquido o gelificado todavía tienen un gran margen de mejora. “En este momento, solo somos capaces de obtener el 25% de su capacidad teórica, es decir, hay un 75% de volumen y de peso que no aporta nada“.