¿Desaparecerán las baterías de estado sólido?

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Cambridge, Reino Unido, 20 de abril de 2023.- Dependiendo de la tecnología de la que se hable, ya hay baterías de estado sólido que se están comercializando y que podrían permitir una oportunidad de negocio de 8,000 millones de dólares en 2033, según el informe de IDTechEx «Baterías de estado sólido y polímero 2023-2033: Tecnología, Pronósticos, Actores«.

Qué viene después de las baterías de ion-litio
Desde su invención en los años 90, las baterías de iones de litio se han hecho cada vez más populares por su peso relativamente ligero, tamaño compacto, larga vida útil y alta densidad energética.

Fundamentalmente, una célula de iones de litio suele constar de un ánodo de grafito y un cátodo de óxido estratificado recubiertos sobre colectores de corriente, separados por un empapado de electrolito líquido orgánico. Envasadas en formato de bolsa, prismático o cilíndrico, constituyen la base de los paquetes de baterías de iones de litio.

Su rendimiento comparativamente alto, su bajo costo y su amplia disponibilidad hacen de las baterías de iones de litio una tecnología de almacenamiento de energía preeminente para muchas aplicaciones, desde los dispositivos electrónicos a los vehículos eléctricos (VE), pasando por los grandes sistemas estacionarios de almacenamiento de energía.

Por ello, para la mayoría de las aplicaciones es poco probable que las baterías de iones de litio, de una forma u otra, sean sustituidas en los próximos diez años. Sin embargo, debido a sus limitaciones de rendimiento y a consideraciones medioambientales y de la cadena de suministro se siguen realizando desarrollos e innovaciones para la próxima generación de tecnologías de baterías.

IDTechEx investiga temas relacionados con el almacenamiento de energía desde diversos ángulos, como los materiales, las tecnologías de celdas, las aplicaciones a las que se destinan y cómo tratarlas al final de su vida útil. Tanto las tecnologías avanzadas de iones de litio como las alternativas han atraído una enorme atención.

Entre ellas, las baterías de estado sólido, que se basan en innovaciones del electrolito de estado sólido han suscitado cada vez más debates y continuas inversiones. Como innovación en el electrolito, las baterías de estado sólido también pueden trabajar con otras innovaciones como el metal de litio, el ánodo de silicio, los cátodos de alto voltaje, los nuevos diseños de celdas y la fabricación en seco, etc.

Transición de los focos de esfuerzo
Se han visto numerosos comunicados de prensa sobre los avances de las baterías de estado sólido y los prototipos de vehículos eléctricos equipados con baterías de estado sólido. Parece que las baterías de estado sólido se centrarán principalmente en las celdas. Sin embargo, esto sólo será una parte de los futuros focos de atención. IDTechEx ha observado que los focos de desarrollo han experimentado una transición del desarrollo de materiales y la demostración de celdas a la validación de celdas y el diseño de sistemas. Ejemplos de ello son el diseño «cell to pack» (CTP) y los sistemas de gestión térmica.

El CTP no es un concepto nuevo y puede encontrarse en diseños basados en baterías de iones de litio, como la batería blade de BYD y los diseños CTP de Catl. El concepto CTP cobrará más importancia debido a la mayor seguridad de las celdas de las baterías de estado sólido. La seguridad de las baterías se traduce en un diseño más flexible de los paquetes y en un menor número de componentes electrónicos utilizados en los módulos y paquetes de baterías.

Por ejemplo, el diseño bipolar permite un empaquetado más compacto y una mayor densidad energética. Es posible que las primeras generaciones de baterías de estado sólido no estén equipadas con cátodo de alto voltaje y alta capacidad y ánodo de metal de litio, lo que daría lugar a densidades de energía inferiores a las de las baterías comerciales de iones de litio. También se espera que los costos iniciales de las pilas de estado sólido sean superiores a los de sus homólogas de iones de litio. Sin embargo, con una mayor densidad energética a nivel de paquete con un diseño flexible y menos materiales/componentes utilizados, es posible que los paquetes de baterías de estado sólido puedan ser comparables o, incluso, mejores que las baterías de iones de litio.

En cuanto al sistema de gestión térmica, sigue siendo un sistema necesario para las baterías de estado sólido. Las baterías de estado sólido pueden trabajar en una zona de funcionamiento seguro diferente; por lo tanto, la temperatura ideal necesaria para las baterías de estado sólido puede diferir de la de las baterías de iones de litio. Junto con el diseño innovador de la célula, los sistemas de gestión térmica y protección mecánica pueden combinarse para el diseño del sistema de baterías de estado sólido.

Además, cada vez se dedican más esfuerzos a aspectos que también son importantes para la comercialización, como la creación de una cadena de suministro y la mejora de la fabricación.

Híbrido ahora, de estado sólido en el futuro
La batería de estado sólido basada en polímeros ya se ha comercializado y utilizado en vehículos, como es el caso del eCitaro de Daimler. Otras tecnologías están probando continuamente sus muestras para los fabricantes de equipos originales.

Sin embargo, la mayoría de las baterías de estado sólido comercializadas, y las que se comercializarán próximamente, son baterías híbridas, lo que significa que pueden contener una pequeña cantidad de líquido o gel. En sentido estricto, no todas son baterías de estado sólido. Desde el punto de vista del usuario final no le importa qué tecnología implantar; mientras las baterías ofrezcan las prestaciones requeridas, son aceptables. Incluso, las baterías híbridas de estado sólido pueden ofrecer mejores prestaciones y podrían ser una buena vía de transición.

Dado que las tecnologías están cada vez más maduras, el paso a todas las baterías de estado sólido puede producirse sin problemas.

El informe de IDTechEx «Baterías de estado sólido y polímero 2023-2033: Tecnología, Pronósticos, Actores» proporciona un análisis tanto técnico como comercial en torno a las baterías de estado sólido, cubre los procedimientos de fabricación y cómo diversas empresas tratan de abordar las limitaciones, así como los avances en investigación y las actividades de los actores importantes. Se ofrece un análisis del mercado mundial, con previsiones a diez años, hasta 2033, tanto de la capacidad de producción como del tamaño del mercado, en diez áreas de aplicación y tres grandes grupos tecnológicos.

Este informe también habla de la mayoría de los actores que trabajan en este sector y presenta el perfil de 45 de ellos. Además, ofrece un análisis detallado de las principales empresas, como su análisis tecnológico, introducción de productos, hoja de ruta, financiación, materiales, especificación de células, fabricación, cadena de suministro, asociaciones, introducción de patentes, actividades futuras y análisis Dafo.

Principales conclusiones del informe:

• Visión general de la batería de iones de litio, diversas tecnologías de baterías de estado sólido, análisis y evaluación comparativa
• Calendarios y hojas de ruta tecnológicos y de fabricación
• Métodos de fabricación
• Análisis y previsiones del mercado
• Análisis de costos y densidad energética
• Análisis de la batería de estado sólido
• Seguimiento y evaluación de la actividad de los jugadores
• Análisis de la cadena de suministro
• Normativa y reciclaje

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