Baterias de electrolito solido

vida útil de las baterías de estado sólido

Las celdas de las baterías con un electrolito sólido prometen altas densidades de energía. Así, las baterías de los coches eléctricos podrían ser más pequeñas y ligeras, y la autonomía podría aumentar. Pero cuándo es una pregunta abierta que aquí tratamos de responder.

Un vistazo a la letra pequeña de Toyota también lo demuestra. El anuncio de varias cooperaciones ha motivado la declaración de Terashi. Entre otras cosas, Toyota tiene previsto crear una empresa conjunta para el desarrollo de baterías de estado sólido «para finales de 2020» con su socio de siempre, Panasonic, que fabrica las baterías de níquel-hidruro metálico para los coches híbridos de la compañía. Esta cuidadosa formulación muestra por sí sola lo lejos que se está de la producción en serie. Sin embargo, la industria y los investigadores están de acuerdo: las oportunidades son grandes y el potencial del estado sólido es extraordinario.

Un criterio vital de evaluación de las pilas es la densidad energética. Hay que diferenciar entre la unidad gravimétrica vatios-hora por kilogramo (Wh/kg) y la unidad volumétrica vatios-hora por litro (Wh/l). Las células típicas tienen 250 Wh/kg y más de 600 Wh/l. Ambos parámetros son esenciales: el peso, porque refleja la peor desventaja de las baterías, es decir, el uso extremo de materiales. Según BMW, un buen 60% de la energía eléctrica se recupera durante la deceleración, pero esto también significa que se pierde más de un tercio. El lastre de un coche eléctrico es, por tanto, menos importante que el de un vehículo convencional, pero tampoco es indiferente desde el punto de vista energético. La densidad energética volumétrica, en cambio, es relevante, ya que la tendencia a aumentar la capacidad amplía el espacio necesario para la instalación. Como en el caso del kit de electrificación modular (MEB) de Volkswagen, este espacio se encuentra mejor entre los ejes, pero es naturalmente limitado.

lista de electrolitos sólidos

La popularización de las baterías comerciales es uno de los puntos culminantes de la civilización moderna. En las últimas décadas, la sociedad ha sido testigo de la invención de dispositivos de implantes médicos autoalimentados, de la electrónica inalámbrica, de los vehículos eléctricos y de muchas otras aplicaciones que se alimentan de baterías de diferentes formas y tamaños. Las baterías tradicionales que utilizan electrolitos líquidos orgánicos han demostrado las ventajas de una alta conductividad iónica y una excelente humectabilidad con los electrodos (Zhang, 2007; He et al., 2019), pero adolecen de posibles problemas de seguridad, como la alta inflamabilidad, la escasa estabilidad térmica y las fugas de líquido (Strauss et al., 2020; Yin et al., 2020; Yuan y Liu, 2020). Para hacer frente a las deficiencias de seguridad inherentes a las baterías tradicionales y, al mismo tiempo, satisfacer las altas exigencias de rendimiento electroquímico, las baterías que utilizan el electrolito de estado sólido (SSE) han demostrado ser una opción prometedora para ser las mejores alternativas.

La aparición de la técnica de impresión 3D ofreció un método de fabricación único que tiene la viabilidad de construir piezas con alta complejidad y características finas (Chen Z. et al., 2019; Santoliquido et al., 2019). Aunque el uso de la técnica de impresión 3D podría ser una opción alternativa prometedora en la fabricación de SSE, el propósito original para el desarrollo de la impresión 3D no estaba dirigido a producir baterías. Como resultado, existe una enorme brecha entre las capacidades de las técnicas de impresión 3D actuales y los requisitos para la producción de baterías. Esta revisión pretende salvar la brecha analizando las limitaciones existentes en la fabricación de SSE y señalando las necesidades futuras. A través de una visión general de las estrategias de fabricación de SSE tradicionales y novedosas, nos proponemos proporcionar orientación e iluminación hacia posibles avances en las técnicas de fabricación tanto para la investigación en laboratorio como para la producción industrial.

¿cuándo estarán disponibles las baterías de estado sólido?

La sección principal de este artículo puede ser demasiado corta para resumir adecuadamente los puntos clave. Por favor, considere la posibilidad de ampliar el lead para proporcionar una visión general accesible de todos los aspectos importantes del artículo. (Julio de 2019)

Una batería de estado sólido es una tecnología de baterías que utiliza electrodos sólidos y un electrolito sólido, en lugar de los electrolitos líquidos o de gel de polímero que se encuentran en las baterías de iones de litio o de polímero de litio[1][2].

Aunque los electrolitos sólidos se descubrieron por primera vez en el siglo XIX, varios inconvenientes, como las bajas densidades de energía, han impedido su aplicación generalizada. Los avances de finales del siglo XX y principios del XXI han provocado un renovado interés por las tecnologías de baterías de estado sólido, especialmente en el contexto de los vehículos eléctricos, a partir de la década de 2010.

Las baterías de estado sólido pueden proporcionar soluciones potenciales para muchos de los problemas de las baterías de iones de litio líquidas, como la inflamabilidad, el voltaje limitado, la formación inestable de la interfase sólido-electrolito, el pobre rendimiento de los ciclos y la resistencia. [3]

Los materiales propuestos para su uso como electrolitos sólidos en las baterías de estado sólido incluyen cerámicas (por ejemplo, óxidos, sulfuros, fosfatos) y polímeros sólidos. Las baterías de estado sólido se han utilizado en marcapasos, RFID y dispositivos portátiles. Son potencialmente más seguras, con mayores densidades de energía, pero con un coste mucho mayor. Los retos para su adopción generalizada son la densidad de energía y potencia, la durabilidad, el coste de los materiales, la sensibilidad y la estabilidad[4].

desventajas de las baterías de estado sólido

En comparación con los sistemas tradicionales de iones de litio, las baterías de estado sólido podrían alcanzar una gran seguridad y densidad energética. Aunque se han hecho grandes mejoras, especialmente en los electrolitos de estado sólido, todavía quedan retos fundamentales para los sistemas de estado sólido en términos de química y mecánica. Esta revisión resume las cuestiones fundamentales de las baterías de estado sólido, centrándose en tres fenómenos críticos (i) los principios del desarrollo de conductores de alto contenido iónico, (ii) la evolución estructural en las interfaces electrolito-electrodo químicamente inestables, y (iii) los efectos de la fabricación de baterías de estado sólido, incluyendo el diseño del electrodo y del electrolito. También se esbozan las perspectivas de futuro para orientar el desarrollo de las baterías de estado sólido.

La investigación sobre la seguridad y los sistemas de conversión y almacenamiento de alta energía ha ocupado el centro de la escena en la última década y continuará en el futuro próximo debido a la tendencia global de descarbonización (Choi et al., 2019; Yuan y Lu, 2019). Paralelamente, las baterías de iones de litio (LIB) se han utilizado para alimentar dispositivos eléctricos portátiles durante 30 años (Li et al., 2018). Sin embargo, las LIBs comerciales contemporáneas de última generación con electrolitos orgánicos líquidos inflamables no pueden satisfacer los requisitos, especialmente en lo que respecta a la seguridad, y la densidad de potencia, de las aplicaciones de las baterías a escala cada vez mayor (Nanda et al., 2018).

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