La batería de estado sólido tiene un as en la manga: azufre y silicio para mejorar en todo al litio

Las baterías de estado sólido con azufre y silicio en lugar de litio están llamadas a ser la tecnología del futuro en el sector de la movilidad eléctrica.

Al menos eso es lo que se desprende del proyecto de investigación MaSSiF, liderado por el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales IWS en Dresden, y que está trabajando en el desarrollo de una nueva generación de baterías de litio-azufre con un electrolito sólido de azufre-silicio.

Esta combinación tiene como objetivo la creación de baterías ligeras, de bajo coste, con una elevada capacidad de carga rápida y una alta capacidad de almacenamiento. Y la utilización de silicio como material de ánodo también debería mejorar significativamente la vida útil de las celdas, una de las claves de esta química que hasta ahora se había visto muy limitada por la baja cantidad de ciclados.

Por qué las baterías de estado sólido aún no están listas

Las baterías de estado sólido todavía no han llegado al mercado principalmente por razones tecnológicas y económicas.

Aunque se han realizado avances significativos en la investigación y desarrollo de estas baterías, todavía hay desafíos importantes que deben superarse para que sean viables comercialmente.

Uno de los principales desafíos es la falta de una tecnología de producción escalable que permita fabricar baterías de estado sólido a un coste competitivo en grandes cantidades.

Además, la durabilidad y la estabilidad de las baterías de estado sólido también son un desafío importante. A medida que las baterías se cargan y descargan, los materiales pueden expandirse y contraerse, lo que puede provocar grietas y otros daños en la estructura de la batería.

La necesidad de materiales de alta calidad y de diseños de baterías más sofisticados también aumenta los costes de producción.

Azufre y silicio como solución para la batería de estado sólido

El proyecto de investigación MaSSiF está trabajando en el desarrollo de una nueva generación de baterías de estado sólido con azufre y silicio en lugar de litio, que podrían ser la tecnología del futuro en el sector de la movilidad eléctrica.

Los investigadores del proyecto MaSSiF confían en desarrollar un material para el ánodo que sea una alternativa prometedora en el trabajo de investigación actual en baterías con electrolito sólido: el silicio.

La combinación de azufre, un electrolito sólido y silicio, promete una densidad energética muy elevada y una cadena de suministro local corta, que incluso permitirá una producción 100 % local. Además, esta tecnología permitirá prescindir de elementos críticos como el cobalto y el níquel, manteniendo elevadas cifras de densidad energética.

El objetivo del proyecto MaSSiF es crear un prototipo que combine bajos costes de materiales y alta densidad energética, con una vida útil elevada más allá de los 300 ciclos.

De lograrlo, estaríamos ante una base sobre la que se podrían crear baterías con una alta energía específica, que podría revolucionar el sector del coche eléctrico, reduciendo el peso del pack y aumentando notablemente la autonomía de los vehículos eléctricos.

Principales desafíos a superar

Las baterías de estado sólido de azufre y silicio son una tecnología prometedora, pero todavía se enfrentan algunos desafíos significativos que deben superarse antes de que puedan ser comercializadas a gran escala.

Una de las principales limitaciones de estas baterías es su corta vida útil. El cátodo de azufre se degrada durante los procesos de carga y descarga, formando polisulfuros que pueden disolverse en el electrolito orgánico con facilidad.

Además, algunos de estos polisulfuros pueden reaccionar con el litio y depositarse en la superficie del ánodo, lo que reduce la eficiencia de la batería y acelera su degradación.

Otra limitación importante es su baja capacidad de carga y descarga. Actualmente, las baterías de estado sólido de azufre y silicio no pueden soportar cargas y descargas rápidas, lo que limita su utilidad en aplicaciones de alta demanda energética, como los automóviles eléctricos.

Además, aunque el uso de materiales más económicos y sostenibles, como el silicio, podrían reducir los costes de producción, aún se requiere más investigación y desarrollo para mejorar los procesos de fabricación y aumentar la eficiencia y fiabilidad de la producción.

A pesar de estas limitaciones, los investigadores y las empresas continúan trabajando en el desarrollo de baterías de estado sólido de azufre y silicio debido a su alta densidad energética, bajo coste de materiales y la posibilidad de prescindir de elementos críticos como el cobalto y el níquel.

Con el tiempo y la investigación continua, es posible que estas baterías puedan superar estas limitaciones y ofrecer una alternativa más eficiente y sostenible a las baterías de iones de litio actuales, además de impulsar la tan esperada aparición de las baterías de estado sólido en el mercado.

Fuente: Forococheselectricos.com