Por qué la batería de litio de estado sólido es el futuro

Con el auge de los vehículos eléctricos, Las 10 principales empresas de baterías eléctricas se han convertido en el centro de atención, la investigación sobre baterías de litio se ha calentado de nuevo. Además de cumplir los requisitos de larga autonomía y alta potencia de carga y descarga, la seguridad es especialmente importante para las baterías de automoción. Las baterías de litio líquido son propensas a la combustión espontánea y tienen una baja densidad volumétrica de energía. En la actualidad, las baterías comerciales de iones de litio liberan mucho calor cuando se produce un cortocircuito, lo que enciende los fluidos electrohidráulicos orgánicos y provoca riesgos de explosión.

Incluso los coches Tesla, considerados actualmente los más seguros, utilizan complejos sistemas de gestión de baterías y protecciones, y siguen sufriendo múltiples incendios y explosiones en pocos años. Por eso, los científicos intentan sustituir este electrolito orgánico por otro más seguro para un funcionamiento más adecuado. Por ello, revelaron el uso de batería de litio de estado sólido electrolitos.

Qué es la batería de estado sólido

En las pilas acuosas u orgánicas, utilizamos electrolitos líquidos para facilitar el movimiento de los iones y diafragmas entre los electrodos ánodo y cátodo para evitar accidentes de cortocircuito. Por el contrario, en las pilas de estado sólido se utilizan electrolitos sólidos en lugar de electrolitos líquidos y separador. Funciona bien a altas temperaturas (-73℃ a120℃), a diferencia del electrolito orgánico, que es limitado (alrededor de 60 grados Celsius). Su electrolito es sólido, con una densidad y estructura que permite que se reúnan más iones cargados en un extremo, conduzca mayor corriente y aumente la capacidad de la batería.

Por lo tanto, para la misma cantidad de energía, la batería de estado sólido será más pequeña. Y no sólo eso, como no hay electrolito en la batería de estado sólido, el almacenamiento será más fácil. Cuando se utiliza en equipos de gran tamaño, como automóviles, no es necesario añadir tubos de refrigeración adicionales, controles electrónicos, etc., lo que no sólo ahorra costes, sino que también reduce el peso de forma efectiva. Por eso, muchos fabricantes de baterías están empezando a desarrollar baterías de estado sólido, llega la batería de estado sólidoEl uso comercial es inminente.

Qué es la batería de litio de estado sólido

Cuando los iones de litio se transportan entre los electrodos positivo y negativo a través de una membrana sólida, se denomina batería de litio de estado sólido. En esta batería, los iones de litio almacenados en los electrodos catódicos se desplazan a la parte anódica durante el proceso de carga. Es decir, durante el proceso de carga, el Li+ se libera de la película del electrodo positivo y sufre una reacción de reducción en la película del electrodo negativo a través del electrolito; el proceso de descarga es el contrario.

¿Son posibles las baterías de litio de estado sólido?

Sí, los científicos han realizado grandes esfuerzos para acelerar la popularidad de las baterías de litio de estado sólido en un futuro próximo por motivos de seguridad. El principal problema para su comercialización es la baja conductividad iónica de los electrolitos sólidos, en comparación con los líquidos.

Sin embargo, las baterías de estado sólido tienen las características de alta densidad energética, resistencia a altas temperaturas, no volátiles, no corrosivas y de pequeño tamaño, y evitan los principales puntos débiles de las baterías de litio líquidas tradicionales. La capacidad de la batería de litio de estado sólido ha mejorado en los últimos años hasta acercarse a la del electrolito líquido convencional. Por lo tanto, se espera que empiece a sustituir al electrolito orgánico con membrana en el mercado en pocos años.

¿Cuándo estarán disponibles las baterías de estado sólido?

Todas las empresas famosas han invertido para lanzar la producción en masa de la batería de litio de estado sólido; sin embargo, todavía hay algunos retos que deben adoptarse antes de este paso. El principal problema es El electrolito de electrolito sólido es sensible al aire, pobre contacto interfaz sólido, pobre estabilidad, etc..

Un segundo problema es que el proceso de fabricación es complejo, el proceso de producción está inmaduro y no se puede garantizar el rendimiento de los productos acabados. Además, el coste de las baterías de estado sólido es muy elevado y su precio es muy caro. Por lo tanto, es más difícil fabricarlas a gran escala.

Ventajas e inconvenientes de las baterías de estado sólido

Basándonos en lo mencionado anteriormente, hay muchas ventajas y desventajas de las baterías de estado sólido. El punto fuerte de la batería de litio de estado sólido es que proporciona mayor seguridad, ya que no contiene electrolitos inflamables. Además, una membrana sólida evita el cortocircuito entre los electrodos ánodo y cátodo, resultado de las dendritas de litio. El beneficio adicional es el peso ligero, alta seguridad, alta densidad de energía, fuerte rendimiento de ciclo y tiempo de carga más corto, en comparación con un líquido. Aquí puede consultar los fabricantes de material catódico Los 10 principales fabricantes de material para ánodos.

Aquí, el material de ánodo de metal de litio se ha convertido en uno de los materiales de ánodo más importantes para todas las baterías de litio de estado sólido debido a su alta capacidad y bajo potencial, mientras que en la batería de litio comercial es el grafito. Otro mérito es que las baterías sólidas pueden cargarse 6 veces más rápido que las baterías de iones de litio convencionales.

A pesar de estos puntos fuertes, las baterías sólidas siguen adoleciendo de graves puntos débiles, como la expansión de volumen durante la carga y la descarga debido al uso de metal de litio como ánodo. El coste de fabricación de la membrana sigue siendo alto y complicado. Además, la vida útil de la batería sigue siendo corta en comparación con las de tipo líquido, ya que hay un contacto deficiente entre todos los componentes sólidos de la batería, lo que hace que la impedancia de la interfaz sea demasiado grande.

¿Qué materiales utilizan las pilas de estado sólido?

Las baterías sólidas tienen la misma configuración que las de tipo líquido, pero tanto el electrolito líquido como el diafragma se sustituyen por una membrana sólida. Por lo general, en la batería de litio de estado sólido, la tecnología de baterías de litio de estado sólido utiliza compuestos de vidrio de litio, sodio, etc. como sustancias conductoras, el ánodo es de metal de litio y el cátodo es de material de litio como el litio. En cuanto al electrolito sólido, se fabrica a partir de materiales cerámicos o poliméricos, que permiten el transporte de iones de litio durante la carga y la descarga, como el óxido de litio, lantano y circonio. Sin embargo, este material necesita algunas modificaciones para proporcionar el comportamiento de la batería.

¿Tiene Tesla batería de estado sólido

Tesla ha desvelado sus planes para revelar un prototipo de batería de estado sólido de producción en el coche eléctrico en 2025. Según las noticias oficiales del propietario, esta batería será capaz de reciclar y extraer los metales pesados para una mayor sostenibilidad. La velocidad de carga rápida y el peso ligero de la batería de litio de estado sólido animan a los fabricantes de automóviles a avanzar en esta dirección e invertir más dinero. Además de Tesla, muchos fabricantes de baterías de iones de litio también están planeando utilizar baterías de estado sólido, puede leer Las 10 principales empresas de baterías de estado sólido para saber más.

¿Sustituirán las baterías de iones de litio a las de estado sólido?

Todo el personal del sector de las baterías espera que se utilice la batería sólida en lugar de la batería de iones de litio (líquida) por motivos de seguridad absoluta y densidad energética. Se están llevando a cabo numerosas investigaciones para aumentar la vida útil y la capacidad de la batería manteniendo la estabilidad química y térmica. Para evitar el cambio de volumen del ánodo metálico de litio, se están probando y mejorando otros materiales que proporcionen estabilidad mecánica.

¿Las baterías de estado sólido utilizan diafragmas

De hecho, el electrolito sólido tiene dos funciones: facilitar la transferencia de iones y separar el ánodo del cátodo para evitar cortocircuitos. Por lo tanto, la membrana sólida debe tener suficiente resistencia para evitar la dendrita de litio y suficiente estabilidad química para no disolverse. Además, la batería de litio de estado sólido debe tener una alta conductividad iónica para su aplicación en gran formato.

¿Son las baterías de iones de litio de estado sólido mejores que otras baterías?

Hay muchos factores que deben tenerse en cuenta a la hora de elegir el tipo de batería. La batería de litio de estado sólido es más segura, robusta y flexible que otras baterías, ya que contiene menos materiales inflamables y no tiene fugas. Sin embargo, sigue sufriendo graves problemas, como su elevado coste, su menor capacidad de almacenamiento y su vida útil más corta. Todos estos problemas dificultan la comercialización de la batería sólida. Pero los científicos se han propuesto aumentar aún más la densidad energética utilizando materiales alternativos menos caros en un futuro próximo.