Las baterías de estado sólido, la fiebre del oro del coche cero emisiones

Existen varias fiebres del oro en el mundo del automóvil, avances que, de alcanzarse, se convertirían en una ventaja competitiva tan grande que sus creadores se convertirían en jugadores dominantes durante décadas. Estos desarrollos supondrían hitos en la historia de la ingeniería, como el desarrollo de un sistema de conducción autónoma –conseguir que las empresas logísticas se ahorren sus costes laborales es suficiente promesa de lucro para lanzarse a la investigación– o descubrir la siguiente generación de baterías para el coche eléctrico.

Durante la mayor parte de la última década los mejores químicos del planeta se han centrado en desarrollar acumuladores más estables, más ligeros, más seguros, más resistentes al fuego, más fáciles de producir y más baratos –idealmente, todas las anteriores– y parece que el Santo Grial capaz de conseguirlo son las baterías de estado sólido.

La tecnología actual que alimenta los coches eléctricos no es diferente a la de un teléfono móvil, solo que en una escala mayor. El electrolito de las celdas actuales es líquido, un solvente altamente inflamable que explica por qué los incendios eléctricos son tan difíciles de extinguir.

Para que una batería se considere de estado sólido, tanto la barrera que separa el ánodo del cátodo como el medio por el que circulan los electrones han de ser de un material sólido. Pero uno de los principales problemas que presenta este tipo de tecnología es que el litio, en su forma pura, es altamente reactivo al o con agua y muy inflamable a cualquier temperatura.

'Solid-state', como 'blockchain' o 'machine learning', se ha convertido en una frase de la que se han adueñado los departamentos de marketing que se basan en promesas. De momento no existe ningún vehículo a la venta que use baterías de estado sólido para propulsarse. Pero eso no quita que las marcas se estén lanzando a desarrollarla, pero no existe una única definición de lo que es una batería sólida. Grosso modo, existen cuatro grandes maneras de construirlas que se investigan hoy.

Las más extendidas son baterías de polímero de litio, que cuentan con un electrolito con la consistencia de un gel. Luego, propiamente sólidas, son las que usan electrolitos de polímeros cerámicos, de cristal, o de polímeros sólidos capaces de transportar electrones. El principal problema que presentan estas tres últimas es que necesitan de temperaturas altas para poder funcionar, reavivando el debate sobre la seguridad del vehículo eléctrico y los incendios.

Además, este tipo de baterías supondría eliminar los ánodos de grafito, un mineral del que China tiene el control global y reducirían la dependencia de Occidente.

Hoy, ya ha habido varias baterías de estado sólido cuyos prototipos han sido funcionales. Paradójicamente, lo difícil de esta industria no es crear una unidad que demuestre los avances, sino lograr la producción a gran escala en la que la calidad y el rendimiento de todas las baterías sea homogénea. Para que una fábrica de baterías sea rentable, se estima que un 90% de sus productos deben estar en condiciones satisfactorias para su uso en automoción. Esto es, que, además del rendimiento que se espera de ellas, presenten también la resistencia necesaria para soportar impactos. Pasar de un laboratorio a una cadena de montaje es la hora de la verdad y muchos fabricantes se han visto forzados a retrasar el año previsto para esta tecnología en sus vehículos.

El año más extendido para que lleguen las baterías de estado sólido al mercado es 2028. Toyota, uno de los fabricantes más cautos en cuanto al paso a la electrificación, afirmó que estos acumuladores serían necesarios para que se produzca la adopción masiva de la movilidad cero emisiones. En diciembre de 2010, mostró un prototipo de estado sólido y afirmó que llegarían a principios de la década de los 2020. En 2023, retrasó hasta el 2028 su meta.

Debido al potencial lucrativo de estas baterías, son muchas las empresas que están desarrollando su fórmula secreta. «Es difícil saber cuál será la tecnología que se imponga», afirmó He Xiaoxi, una analista de ID TechEx.

En noviembre del año pasado, el Grupo Chery anunció que construiría un centro de producción de baterías de estado sólido con una capacidad de 1,25 GWh cerca de su sede, en Wuhu (China). Según la compañía, la primera generación de acumuladores contará con una densidad energética de 280 Wh por kilo, y se alcanzará la de 500 Wh en 2027.

Una de las empresas más prometedoras en este sector es la estadounidense Factorial. Al menos eso parecen creer fabricantes como Stellantis, Mercedes-Benz o Hyundai, que han invertido las tres para tener a sus avances. Creada por dos químicos chinos que se nacionalizaron en EE.UU. despúes de ir a estudiar su doctorado en Cornell.

Los últimos cinco años han sido difíciles para la compañía de Siyu Huang, dado que después de crear su fábrica en Cheonan (Corea del Sur), un 90% de sus celdas salían defectuosas de la cadena de montaje. «Durante un año, no pararon de surgir problemas y dudaba si lo conseguiríamos», afirmó Huang. Aún así, consiguieron fabricar tantas celdas como para llevar a cabo las primeras pruebas con un vehículo en condiciones reales. El fabricante afortunado fue Mercedes-Benz, que las instaló en un EQS a principios de este año.

Según la marca de la estrella, las nuevas baterías suponen «más densidad energética, menos peso y más seguridad para las celdas». El modelo con el que llevaron a cabo las pruebas registró un 25% más de capacidad que los acumuladores convencionales de litio, y superó los 1.000 kilómetros de autonomía.

Tanto Mercedes como Factorial celebraron el hito de incorporar baterías de estado sólido en un modelo eléctrico de producción, pero aún quedan problemas técnicos que sortear. Por ejemplo, estas celdas se expanden y contraen según su estado de carga, lo que genera nuevos problemas de ingeniería que resolver. El fabricante de Stuttgart optó por albergarlas en carcasas neumáticas.

Stellantis también está interesada en los avances de Factorial, que ya ha conseguido una tasa de éxito del 80% en su planta coreana. A partir del año que viene, comenzarán a hacer pruebas en los Dodge Charger Daytona, el 'muscle-car' eléctrico que desarrolló para la marca americana. Las baterías de Factorial tienen una densidad de energía de 375 kWh por kilo, son capaces de funcionar correctamente en temperaturas de entre 30º bajo cero y 45º por encima, y, además, cargan del 15% al 90% en tan solo 18 minutos.

De momento, estas unidades se quedarán únicamente en eso, pruebas, pero esperan que se extiendan al mercado a partir de 2027.

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