Las baterías sólidas son aquellas en las que el electrolito líquido que separa los electrodos, y por el que viajan los iones, se sustituye por un material sólido. Con esta modificación se logra que alcancen una mayor estabilidad química en comparación con las de iones de litio convencionales. Además, ofrecen mejoras en seguridad, pues se eliminan los riesgos de incendios y elevan el potencial para lograr una densidad de energía más alta.
Con ellas, un vehículo eléctrico lograría una mayor autonomía para la misma capacidad energética, sería más seguro, cargaría más rápido y además sería más barato. Al eliminar todos los componentes y sistemas de seguridad que incluyen las baterías líquidas se lograría una importante reducción en los costes de producción, lo que implica un precio de venta más bajo. Multitud de razones que son la causa por la que muchas investigaciones vayan dirigidas a lograr hacerlas viables comercialmente.
Del laboratorio a la realidad de la producción en masa
La principal dificultad que impide que, por ahora, se puedan aprovechar todos los beneficios de estas baterías es, en gran medida, su producción en altos volúmenes. Una parte significativa de este desafío se deriva de las dificultades para adquirir los materiales necesarios.
Con sede en Maryland, EE.UU, ION Storage Systems es una empresa dedicada al desarrollo de baterías sólidas de litio metálico con una alta densidad energética. Su director ejecutivo, Ricky Hanna, explica en una entrevista realizada por Battery Technology las razones por las que todavía esta tecnología no ha llegado al mercado.
Hanna fue director ejecutivo de operaciones de baterías en Apple. Tomó la decisión de enfocar su carrera en busca de una solución segura con alta capacidad energética para las baterías cuando observó los problemas de algunos de sus competidores para lidiar con las consecuencias de las baterías propensas a inflamarse innecesariamente.
“Me sentí atraído por las baterías de estado sólido por la estabilidad de su química; no solo son más seguras, sino que también permiten una mayor densidad de energía. Con mi experiencia en la fabricación de miles de millones de baterías a lo largo de 20 años, considero que estas características representan una combinación ganadora. Las baterías de estado sólido tienen el potencial de transformar todos los segmentos del mercado de la electrificación”, afirma Hanna.
Un ‘secreto’ que ya puso sobre la mesa Steve Jobs
El directivo cita a Steve Jobs cuando se le pregunta la razón por la que estas baterías no se producen en masa: “las ideas no son nada a menos que se ejecuten. Son sólo un multiplicador. La ejecución vale millones”. En la actualidad, hay una gran cantidad de tecnologías de baterías muy novedosas, pero solo unas pocas lograrán tener un impacto transformador. La clave para su éxito radica en la capacidad de fabricación.
En muchos casos, las empresas emergentes que se han centrado en esta tecnología, han creado prototipos en entornos de laboratorio que superan significativamente el rendimiento de las baterías de iones de litio tradicionales. Esto ha generado un gran entusiasmo entre sus potenciales clientes, lo que les ha permitido recaudar miles de millones de dólares para llevarlas al mercado. Pero, a pesar de inversiones públicas y privadas, las baterías de estado sólido todavía no se emplean en ningún producto comercial importante.
Existe una gran brecha entre la producción de unas pocas celdas de batería en un entorno de laboratorio y la producción a gran escala de millones de ellas día tras día de forma fiable, repetida y con una alta calidad. “Solo podremos acelerar la transición hacia un mundo electrificado cuando superemos los obstáculos relacionados con la fabricación de baterías de estado sólido a una escala que se mida en teravatios hora (TWh)”.
El camino elegido por ION Technology para lograr su objetivo
La mitad del equipo de ION se enfoca en la innovación tecnológica y la otra mitad se dedica a la fabricación. Hanna asegura que la clave está en que no tiene sentido innovar “sin ejecutar primero un plan para producir esa solución”. Para él, este es el mayor error en el que caen las empresas de baterías. La capacidad de fabricación es el componente crítico del éxito más allá de los prototipos de laboratorio. “He presenciado a demasiadas empresas de baterías enfocarse en perfeccionar su tecnología sin plantearse ni siquiera la producción”.
La estrategia de ION se basa en dos principios básicos. La capacidad de fabricación es una característica tan importante como la densidad de energía, la seguridad, las temperaturas de funcionamiento, los tiempos de carga, las exigencias de integración en paquetes y los costes asociados. Además, “asumimos el compromiso de no sacrificar nunca una métrica en favor de otra”.
En la práctica, esto se traduce en que ION diseña sus celdas de baterías de estado sólido, priorizando el empleo de materiales fácilmente disponibles, entre ellos la cerámica, tal y como hacen muchos otros. Este material ofrece numerosas ventajas: no es inflamable, tiene una elevada conductividad, resiste altas temperaturas y está compuesta de materiales de bajo coste que no necesitan ser extraídos en condiciones ambientales y sociales complicadas.
La cerámica ha sido utilizada por la humanidad a lo largo de milenios. En la actualidad su producción se encuentra muy industrializada. No solo se limita a la fabricación de platos y ollas, sino que también se utiliza en la industria aeroespacial para reemplazar metales más pesados. Proporciona escudos térmicos que resguardan a los astronautas durante su reentrada a la atmósfera. También constituye el núcleo de los chips que posibilitan el funcionamiento de dispositivos electrónicos.
ION ha incorporado técnicas de fabricación industrial de alto volumen, tomadas de otras industrias, como base para la producción de sus primeros prototipos. “Estamos colaborando con empresas que cuentan con siglos de experiencia en la optimización y expansión de las mismas técnicas de fabricación que nosotros empleamos a una escala más reducida. El resultado es una producción de calidad y consistencia que ninguna empresa emergente podría ofrecer”. Esta sistemática asegura que cada avance que se realiza en la planta piloto es escalable con la colaboración de estos socios, garantizando así que las innovaciones pueden ser integradas en sus sistemas de producción a gran escala.
Para hacer frente al problema del abastecimiento, ION ha firmado un acuerdo de suministro para los próximos años con Saint-Gobain Ceramics, un importante proveedor mundial de materiales cerámicos. Con esta asociación, ION tiene como objetivo lograr una notable expansión en los próximos 2 o 3 años.
¿Para cuándo las baterías sólidas?
En este contexto, y con esta manera de trabajar, Hanna asegura que su estrategia proporciona el plan integral más realista, teniendo en cuenta la cadena de suministro, la fabricación, el rendimiento de las celdas y la integración de productos para sus clientes. La mayoría de sus procesos de fabricación ya se encuentran en funcionamiento a gran escala ya que utiliza procesos industriales ya establecidos y probados. Sin embargo, por ahora, no se atreve a dar una fecha para que podamos verlas instaladas en nuestros coches eléctricos o en nuestro teléfono móvil.
