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El descubrimiento de la electricidad cambió el mundo y generó una serie de inventos que hicieron que la vida de las personas fuera más segura, saludable, eficiente y cómoda. Las baterías llevan este descubrimiento al siguiente nivel, proporcionando una forma de almacenar electricidad y utilizarla para alimentar dispositivos móviles.

Actualmente, las baterías de iones de litio dominan el mercado, pero las baterías de estado sólido más seguras y de mayor capacidad podrían convertirse en la fuente de energía del mundo en el futuro e incluso ayudar a la humanidad a escapar de los efectos del cambio climático.

Celdas de batería de estado sólido desarrolladas como materiales CeraCharge de próxima generación. Fuente de la imagen: sitio web oficial de TDK

Comience con una batería pequeña

Actualmente, se utilizan un puñado de pequeñas baterías de estado sólido en algunos relojes e implantes médicos.

El fabricante japonés de productos electrónicos TDK anunció que ha desarrollado con éxito una nueva versión de la batería de estado sólido CeraCharge. Su densidad de energía por volumen unitario llega a los 1000 vatios hora por litro, lo que es aproximadamente 100 veces la densidad de energía de las baterías de estado sólido tradicionales de TDK. TDK no ha revelado muchos detalles sobre la tecnología patentada de la batería, pero ha declarado que utiliza un ánodo de aleación de litio y un electrolito sólido a base de óxido, lo que la hace "extremadamente segura".

Las capacidades de almacenamiento de energía de la nueva versión de las baterías CeraCharge indican que pronto se harán realidad una mayor duración de la batería o diseños más compactos. Además, se espera que la batería sea una alternativa recargable a las pilas de botón desechables con alta densidad de energía.

Inicialmente, TDK planea aplicar la batería a pequeños productos electrónicos como auriculares inalámbricos, audífonos y relojes inteligentes, y también expresó su deseo de ingresar a mercados más amplios como los teléfonos inteligentes.

"A medida que aumenta el área de la batería, se vuelve cada vez más difícil fabricar una estructura uniforme y de alta densidad, lo que puede provocar defectos estructurales como grietas y deformaciones", dijo Hiroshi Sato, jefe de sección del Departamento de Desarrollo Energético de TDK. Comience con baterías pequeñas, acumule producción y experiencia práctica y luego explore gradualmente el potencial de comercialización de baterías grandes ".

Avanzar gradualmente hacia la industrialización.

Actualmente, a pesar de los importantes avances en la rentabilidad y el rendimiento de las baterías de iones de litio, las limitaciones del tiempo de carga, la ansiedad por la autonomía y las preocupaciones por la seguridad siguen siendo obstáculos clave que impiden que los vehículos eléctricos reemplacen por completo a los vehículos con motor de combustión interna. En este contexto, las baterías de estado sólido, como poderosa herramienta para la innovación tecnológica de los vehículos eléctricos, están pasando paulatinamente de la etapa de investigación y desarrollo a la de industrialización.

En 2023, Toyota se unió a la empresa energética japonesa Idemitsu Kosan y anunció que comenzaría la producción de baterías de estado sólido entre 2027 y 2028.

Mercedes-Benz también es optimista respecto a las baterías de estado sólido. La compañía cree que las baterías de estado sólido para automóviles pueden proporcionar casi el doble de autonomía que las baterías de iones de litio, y planean producir dichas baterías en masa para 2030.

Recientemente, PowerCo, una empresa de baterías propiedad de Volkswagen, llegó a una cooperación estratégica con QuantumScape, un desarrollador estadounidense de baterías de estado sólido, para introducir la tecnología de baterías de metal de litio de estado sólido, con el objetivo de producir baterías que puedan satisfacer las necesidades de hasta 1 millón de vehículos eléctricos cada año.

La tecnología única de QuantumScape combina electrolitos sólidos y líquidos, evitando eficazmente problemas de dendritas y se espera que aumente la autonomía de los vehículos eléctricos de los más de 500 kilómetros existentes a 800 kilómetros, lo que promoverá aún más la comercialización de la tecnología de baterías de estado sólido.

Almacenamiento de energía de la red eléctrica

Actualmente, las baterías de iones de litio son el núcleo de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, pero las baterías de estado sólido se consideran una solución potencialmente mejor debido a su excelente seguridad, su ciclo de vida más largo y su mayor densidad de energía. Sin embargo, la aplicación a gran escala de baterías de estado sólido aún debe superar los altos costos de fabricación y los complejos procesos de las baterías de gran tamaño.

Dragonfly Energy es una de las empresas que intenta solucionar este problema. En 2023, la empresa obtuvo una patente de tecnología de fabricación que se espera elimine los obstáculos técnicos a la fabricación de baterías de estado sólido en el campo del almacenamiento de energía en red. Al mismo tiempo, el fabricante estadounidense de baterías ION Storage Systems inauguró una nueva fábrica en abril de este año, centrándose en la producción de baterías de estado sólido que utilizan electrolitos cerámicos y ánodos de litio metálico para satisfacer las necesidades del almacenamiento en red, los vehículos eléctricos y otros campos. El objetivo es ampliar la capacidad de producción hasta 0,5 GWh para 2028.

Formas materiales diversificadas

Aunque todavía pueden pasar varios años antes de que los vehículos eléctricos con baterías de estado sólido estén disponibles comercialmente a gran escala, e incluso puede llevar más tiempo ayudar a construir redes eléctricas limpias, el progreso constante de esta tecnología desde la torre de marfil de la investigación hasta la industrialización es alentador.

En enero de este año, investigadores de la Universidad de Harvard en Estados Unidos lanzaron una batería de estado sólido que contiene silicio en el ánodo y que se puede cargar en 10 minutos. A finales de julio, investigadores daneses informaron que habían desarrollado una batería de estado sólido sin litio hecha de minerales que se encuentran en las rocas. El material electrolítico de estado sólido es barato, eficiente, respetuoso con el medio ambiente y tiene un mejor rendimiento que el de litio sólido. electrolitos.

Mientras la ola de innovación continúe aumentando, el mundo futuro será testigo de la tecnología de baterías de estado sólido en formas materiales diversificadas, lo que brindará a los vehículos eléctricos una "vitalidad" más duradera y un viaje más largo. También ayudará a que la red eléctrica alcance una limpieza sin precedentes. y la estabilidad, liderando el camino. La humanidad avanza hacia una nueva era de energía más ecológica y eficiente. (Reportero Zhang Jiaxin)