Las baterías de estado sólido son el futuro del coche eléctrico, y deberíamos tenerlas con nosotros antes de que termine esta década. Son muchas las compañías que hay detrás de su desarrollo y, entre otras, Toyota está muy cerca de empezar a producirlas en masa. Pero ya sabemos que esta tecnología también irá mejorando con los años. Y de momento, desde el Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas, un grupo de científicos ha demostrado ya que se puede llegar mucho más lejos con ellas. Tanto es así que dicen haber roto los límites de las baterías de estado sólido logrando una conductividad iónica excepcional con un novedoso electrolito sólido.
Este grupo de investigación, encabezado por el profesor KANG Kisuk, ha hecho un gran avance en las baterías de estado sólido desarrollando un innovador electrolito sólido basado en cloruro que, tal y como desarrollan en su documentación, ofrece una excepcional conductividad iónica. La clave está en que, como han demostrado, la disposición de los iones metálicos dentro de cada capa del electrolito sólido afecta de forma directa a la conductividad iónica. Para mejorar la movilidad de los iones de litio, el objetivo es reducir por debajo de 0,444 la cantidad de iones metálicos que ocupa los espacios disponibles dentro de cada capa. Pero además, es crítico que en cada capa haya un ‘camino suficientemente amplio’ para la movilidad de los mismos, con una ocupación superior a 0,167.
Revolucionan las baterías de estado sólido, han roto sus límites con un innovador electrolito sólido que mejora la conductividad iónica
Así que, como hemos visto, la clave está en lograr una ocupación de entre 0,167 y 0,444 por parte de los iones metálicos en cada capa. Es así como se consigue una capa conductora de alta conductividad iónica. Ha habido investigaciones anteriores que, con electrolitos sólidos a base de sulfuros y óxidos, conseguían una alta conductividad iónica. Sin embargo, para que las baterías de estado sólido sean prácticas en uso diario, es fundamental que no solo se consiga una alta conductividad iónica sino también una sólida estabilidad química y electroquímica y, además, una cierta flexibilidad mecánica. Y estos requisitos no se cumplían por parte de desarrollos anteriores.
También con anterioridad se había trabajado sobre electrolitos sólidos a base de cloruro, en tanto que se conoce bien que dan una mayor conductividad iónica, una buena flexibilidad mecánica y estabilidad con voltajes elevados. Estas son precisamente las propiedades que llevaron a algunos a especular con que pudieran ser las candidatas más probables cuando se introduzcan los electrolitos sólidos. Sin embargo, las baterías de cloruro no son prácticas porque, como le ocurre a día de hoy a las baterías de litio con celdas de química NCM, tienen una gran dependencia de tierras raras y metales costosos.
El equipo del IBS, que es el que ha llevado a cabo esta investigación, ha trabajado por eso en analizar la distribución de los iones metálicos en electrolitos sólidos de cloruro, trabajando de forma específica en variar la disposición de los iones metálicos dentro de la estructura. Inicialmente probaron en cloruro de litio-itrio y encontraron que las fuerzas electrostáticas reducían la movilidad iónica cuando los iones metálicos se colocaban cerca del camino de los iones de litio. Y sin embargo, con una baja ocupación de iones se reducía la movilidad porque el ‘camino’ para los iones de litio se volvía demasiado estrecho.
Gracias a estos conocimientos empezaron a plantear estrategias para el diseño de electrolitos de tal modo que se mitigasen estos factores conflictivos. Es así com han conseguido este gran avance para la tecnología de batería de estado sólido para coches eléctricos, y para otras aplicaciones. De hecho, han llegado más allá al demostrar que este planteamiento permite crear también baterías de estado sólido de cloruro metálico de litio basada en circonio, que tienen la particularidad de que serían una de las variantes más económicas por no usar tierras raras.
