18.05.2022 - Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)

¿Cómo serán las baterías de estado sólido en el futuro?

Las baterías de estado sólido tienen mucho potencial, pero tendrán que demostrar su viabilidad comercial en los próximos cinco años

El Fraunhofer ISI ha elaborado una hoja de ruta para las baterías de estado sólido que abarca una amplia gama de aspectos, desde los materiales individuales, los componentes y las celdas hasta su utilización. En ella se evalúa de forma crítica la investigación existente, así como los últimos descubrimientos, y se compara el potencial de desarrollo de las baterías de estado sólido en los próximos diez años con el de las baterías de iones de litio ya establecidas. La hoja de ruta demuestra que las baterías de estado sólido tienen mucho potencial, pero tendrán que demostrar su viabilidad comercial en los próximos cinco años.

Las actuales baterías de iones de litio (LIB) se basan en electrolitos líquidos y se utilizan en muchas aplicaciones móviles y fijas. Sin embargo, su potencial de optimización está disminuyendo a medida que avanza la tecnología: se espera que esta tecnología alcance lentamente sus límites en la próxima década. Las baterías de estado sólido (SSB) que utilizan electrolitos sólidos, que se están desarrollando y podrían llegar al mercado en los próximos años, ofrecen la promesa de mejorar varios indicadores clave de rendimiento (KPI) importantes. Todo el sector de las baterías podría beneficiarse de ello y del continuo desarrollo de la tecnología LIB, que seguirá siendo dominante en los próximos años.

Basándose en una exhaustiva revisión bibliográfica y en un profundo proceso de consulta a expertos, los especialistas en baterías del Fraunhofer ISI han elaborado una hoja de ruta en la que se examinan con más detalle las tres variantes de electrolitos sólidos más prometedoras -electrolitos de óxido, electrolitos de sulfuro y electrolitos de polímero- y se comparan con los avances previstos en las baterías de iones de litio.

Las baterías de estado sólido tienen un gran potencial

Los resultados muestran que las baterías de estado sólido (SSB) tendrán que demostrar mejoras significativas de rendimiento en relación con las LIB de electrolito líquido de última generación para obtener una cuota de mercado relevante. En este contexto, los principales indicadores de rendimiento son la densidad energética, la seguridad, la vida útil, el coste y la capacidad de carga rápida. Las baterías de estado sólido tienen el potencial de superar a las LIBs convencionales en términos de densidad energética, especialmente porque permiten el uso de ánodos de metal de litio. Además, se considera que tienen un alto nivel de seguridad, incluso a nivel de celda, porque no contienen líquidos inflamables. Su vida útil podría incluso superar la de las LIBs de electrolito líquido, aunque para ello todavía hay que superar retos técnicos, como los cambios de volumen durante la carga o la descarga. Al principio de su introducción en el mercado, es probable que el coste de las baterías de estado sólido sea significativamente mayor que el de las actuales LIB, en parte debido a los menores volúmenes de producción. La capacidad de carga rápida de las baterías de estado sólido está actualmente limitada por la baja conductividad iónica de los electrolitos sólidos, pero su diseño podría adaptarse específicamente para este fin. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la mejora de un KPI a menudo se produce a expensas de otro, y las baterías podrían adaptarse en consecuencia para satisfacer requisitos y usos específicos.

El sector de la automoción es el que ofrece el mayor potencial global para las baterías de estado sólido y es probable que a medio y largo plazo se convierta en su principal sector de aplicación. Las baterías de estado sólido basadas en electrolitos de sulfuro podrían utilizarse inicialmente en el sector del consumo en ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes o herramientas eléctricas, ya que los requisitos y los procedimientos de prueba son menos estrictos en este caso. A partir de 2028, aproximadamente, el sector del automóvil será probablemente el primer ámbito de uso de las baterías de óxido sólido. Dado que los costes iniciales son más elevados, lo más probable es que las baterías de óxido sólido se utilicen inicialmente en sectores del mercado de gama alta. La reducción de costes por efecto de la escala podría hacer posible la apertura de esta tecnología a otros ámbitos de uso, como en camiones y almacenamiento estacionario a largo plazo o en la aviación de pasajeros después de 2035.

Por el momento, la cuota de mercado futura prevista sigue siendo modesta

En cuanto a la evolución prevista del mercado, se prevé que la producción de baterías de estado sólido, que actualmente es inferior a 2 GWh en todo el mundo y se basa en las SSB de polímero, aumente considerablemente entre 2025 y 2030, cuando lleguen al mercado las baterías de estado sólido basadas en óxido y sulfuro. Se calcula que la capacidad de producción será de entre 15 y 55 GWh en 2030 y de entre 40 y 120 GWh en 2035, es decir, aproximadamente entre el uno y el dos por ciento del mercado de las LIB que habrá surgido para entonces. Esto significa que las LIB de electrolito líquido van a dominar el mercado en un futuro próximo.

Además de evaluar las áreas de uso y la evolución del mercado, la hoja de ruta también deja claro qué obstáculos tendrán que superar las baterías de estado sólido en el futuro para lograr su penetración en el mercado. El Dr. Thomas Schmaltz, que coordinó el trabajo de investigación de la hoja de ruta en el Fraunhofer ISI, identifica tres retos centrales:

"En primer lugar, aún no se puede prever qué concepto de batería de estado sólido proporcionará finalmente el mejor rendimiento, lo que significará que los diferentes enfoques tendrán que desarrollarse en paralelo, lo que a su vez requerirá una mayor inversión. En segundo lugar, las baterías de estado sólido estarán en constante competencia con las baterías de iones de litio de electrolito líquido y tendrán que ofrecer importantes mejoras de rendimiento debido a su mayor coste inicial, lo que sugiere que los primeros usos serán más probables en el sector premium. En tercer lugar, se necesita una importante financiación privada y pública que vaya más allá de la mera financiación de la investigación para cerrar la brecha entre los actores europeos y los asiáticos y estadounidenses en materia de patentes, desarrollo de productos, tecnologías de producción, producción piloto y actividades de puesta en marcha e industriales; si esto tiene éxito, Europa podrá desempeñar un papel de liderazgo en el desarrollo de tecnologías de baterías de estado sólido en el futuro."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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