¿Qué es una batería de estado sólido y resolverán nuestros problemas de vida útil?

La tecnología móvil está aumentando en potencia exponencialmente, pero la tecnología de la batería no está a la par. 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 que se llama una batería de estado sólido..

Qué es una batería de estado sólido?

En un diseño de batería convencional, lo más comúnmente posible, los electrodos de metal sólido de ion de litio se utilizan con una sal de litio líquida que actúa como un electrolito. Las partículas iónicas se mueven de un electrodo (el cátodo) al otro (el ánodo) a medida que la batería se carga, y retrocede a medida que se descarga. El electrolito de sal de litio líquido es el medio que permite ese movimiento. Si alguna vez ha visto una batería corroída o perforada, el "ácido de la batería" que rezuma (o explota) es el electrolito líquido..

En una batería de estado sólido, tanto los electrodos positivos como los negativos y el electrolito entre ellos son piezas sólidas de metal, aleación o algún otro material sintético. El término "estado sólido" puede recordarle las unidades de datos SSD, y eso no es una coincidencia. Las unidades de almacenamiento de estado sólido usan memoria flash, que no se mueve, a diferencia de un disco duro estándar, que almacena datos en un disco magnético giratorio alimentado por un motor pequeño.

Aunque la idea de las baterías de estado sólido ha existido durante décadas, los avances en su desarrollo apenas están comenzando, actualmente estimulados por la inversión de compañías de electrónica, fabricantes de automóviles y proveedores industriales en general..

Lo que 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 vida útil 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 mantiene 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 en su teléfono o computadora portátil con una batería de estado sólido del mismo tamaño, obtendría una carga mucho más prolongada. 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 se derraman líquidos tóxicos e inflamables, y no producen tanto calor como las baterías recargables convencionales. Cuando se aplican a baterías que alimentan la electrónica actual o incluso a los automóviles eléctricos, pueden recargarse mucho más rápido, los iones también pueden moverse mucho más rápidamente desde el 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?

Debido a que las baterías de estado sólido son una tecnología emergente, son increíblemente caras de fabricar. De hecho, son tan caros que no están instalados en ningún dispositivo electrónico importante para el consumidor en el momento de escribir este artículo. En 2012, los analistas que escribieron para el departamento de Análisis de Software y Procesamiento de Materiales Avanzados de la Universidad de Florida estimaron que una batería típica de estado sólido del tamaño de un teléfono celular costaría alrededor de $ 15,000 para la fabricación. Uno lo suficientemente grande como para alimentar un auto eléctrico costaría $ 100,000.

Hacer una batería de estado sólido lo suficientemente grande como para alimentar su teléfono cuesta miles de dólares hoy.

Parte de esto se debe a que las economías de escala no están en su lugar: en este momento se fabrican cientos de millones de baterías recargables, por lo que el costo de fabricación de los materiales y equipos se distribuye en enormes líneas de suministro. Solo unas pocas empresas y universidades están investigando baterías de estado sólido, por lo que el costo de producir cada una es astronómico..

Otro tema es el material. Si bien las propiedades de varios metales, aleaciones y sales metálicas utilizadas para baterías recargables convencionales son bien conocidas, actualmente no conocemos la mejor composición química y atómica para un electrolito sólido entre los ánodos metálicos y los cátodos. 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 usar una batería de estado sólido??

Al igual que con toda la tecnología emergente, tratar de averiguar cuándo obtendrás las mejores manos es, en el mejor de los casos, conjeturas..

Es alentador el hecho de que muchas corporaciones enormes están invirtiendo en la investigación necesaria para llevar las baterías de estado sólido al mercado de consumo, pero tímidas de un avance importante en el futuro inmediato, es difícil decir si habrá un gran avance. Al menos una compañía automovilística 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 transcurrir 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 convencionales está comenzando a golpear una pared. Y no hay nada como ventas potenciales para estimular la investigación y el desarrollo. Es al menos ligeramente (muy, muy poco) posible que pueda utilizar un dispositivo o conducir un automóvil con una batería de estado sólido pronto.

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