Baterías de estado sólido: un gran salto hacia la adopción masiva de la electromovilidad (1)

El desarrollo de baterías de mayor rendimiento es uno de los pilares más importantes para alcanzar la adopción masiva del vehículo eléctrico ya que, durante años, este tipo de vehículos han sufrido críticas por su autonomía limitada, sus tiempos de recarga extensos y la degradación de su rendimiento con el paso del tiempo.

Estos desafíos han frenado la confianza de muchos consumidores, que todavía ven con recelo la posibilidad de dar el salto a un coche eléctrico, aunque investigadores y marcas especializadas en movilidad eléctrica no han parado de dedicar enormes esfuerzos a encontrar soluciones que mejoren la densidad de energía, la durabilidad y la velocidad de carga de las baterías.

Sin embargo, hasta la fecha, la mayoría de los modelos a la venta montan baterías basadas en tecnología de iones de litio con electrolitos líquidos y, aunque estas baterías han demostrado ser fiables y seguras, también siguen presentando limitaciones intrínsecas que pueden obstaculizar su evolución a largo plazo.

La urgencia por resolver estas carencias se ha acentuado con la creciente demanda de vehículos eléctricos, que cada vez exigen un mayor rendimiento para competir con los modelos de combustión interna, impulsando este contexto la búsqueda de tecnologías de vanguardia capaces de ofrecer una alternativa más avanzada y eficiente.

Una de las pioneras de la electromovilidad fue Toyota cuando allá por 2008 Leonardo DiCaprio utilizó un Toyota Prius híbrido para llegar a los Oscar, sorprendiendo al mundo del espectáculo y poniendo el foco en una incipiente movilidad eléctrica.

Pero desde entonces, lo cierto es que Toyota se han quedado muy atrás en el mundo de la electromovilidad, ya que evitaron subirse a este carro y han lanzado a regañadientes en 2023 su primer vehículo eléctrico propiamente dicho, el bZ4X, 10 años después del Model S de Tesla, modelo líder de la industria.

Pero sabemos que, a puerta cerrada, Toyota ha estado trabajando en una tecnología que podría ayudarles a superar a toda la industria de los vehículos eléctricos de un salto y situarles por delante incluso de Tesla

Este santo grial de la tecnología de los vehículos eléctricos es una batería de estado sólido con capacidad para 1.200 kilómetros, que se puede cargar por completo en 10 minutos y tiene el doble de densidad energética que las celdas actuales.

Entonces, ¿esto significa que Toyota podría acabar con Tesla? La respuesta a esta incógnita depende de si la empresa es capaz de comercializar en gran escala esta nueva tecnología y de cómo la competencia responda a un avance tan radical.

Para comprender en detalle esta promesa tecnológica, conviene aclarar qué es una batería de estado sólido.

La diferencia fundamental entre las baterías de iones de litio convencionales y las de estado sólido reside en el material del electrolito, presentándose en las baterías tradicionales en estado líquido o gel, lo que conlleva ciertas desventajas en términos de densidad de energía y seguridad.

En cambio, la batería de estado sólido utiliza electrolitos sólidos, generalmente cerámicos, lo que ofrece un mayor control sobre la reacción electroquímica y permite una distribución más compacta de los componentes internos, siendo el resultado es un mayor almacenamiento de energía por unidad de volumen, lo que reduce el peso de la batería e incrementa la autonomía del vehículo.

Además, este diseño minimiza el riesgo de fugas y posibles incendios, un aspecto que siempre ha representado una preocupación para la industria, sobre todo tras algunos incidentes aislados (pero muy difundidos por haters del coche eléctrico) con baterías de iones de litio en diversos dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos.

Las ventajas no se limitan a la mayor seguridad, sino que la solidez del electrolito también hace posible la implementación de materiales más reactivos y densos en energía, una característica que, en las baterías líquidas, puede generar problemas de sobrecalentamiento o degradación acelerada.

Este enfoque promete superar barreras de rendimiento y fiabilidad, porque un electrolito sólido se degrada menos con ciclos de carga y descarga intensivos, apuntando las estimaciones iniciales a que las baterías de estado sólido podrían doblar la densidad de energía de las baterías actuales sin aumentar significativamente su peso.

Esa densidad superior se traduce en recorridos más largos con una sola carga y tiempos de recarga más cortos si el sistema de gestión está optimizado, así, este tipo de batería puede acercar el vehículo eléctrico a la experiencia de un modelo de combustión en términos de autonomía y repostaje, uno de los grandes anhelos de muchos fabricantes que quieren competir de forma directa con el motor térmico.

La carrera por desarrollar baterías de estado sólido no se limita a Toyota, siendo varias las compañías que llevan años investigando soluciones parecidas, atraídas por el potencial de rebasar los límites actuales de la tecnología, aunque ha sido esta empresa nipona la que ha anunciado resultados prometedores en esta línea de trabajo.

Este anuncio de la llegada de una batería con autonomía de 1.200 kilómetros y tiempos de carga en torno a 10 minutos han generado un gran revuelo, pues son cifras que superan con creces los objetivos marcados por la mayoría de fabricantes, y que incluso sobrepasan la autonomía de la mayoría de coches de motor convencional, suponiendo que este nivel de rendimiento podría eliminar el famoso miedo a quedarse tirado (range anxiety), que suele frenar la adquisición de vehículos eléctricos entre quienes realizan viajes de larga distancia.

A pesar de todo, la parte complicada no radica únicamente en alcanzar esas prestaciones en el laboratorio, sino que el gran reto está en desarrollar métodos de producción masiva que garanticen un coste razonable y una fiabilidad sólida en condiciones reales, pues las celdas de estado sólido emplean materiales más costosos que las celdas de iones de litio tradicionales, lo que se traduce en un precio de salida más elevado.

Además, se requieren procesos industriales específicos para manipular componentes cerámicos y lograr una calidad uniforme en millones de celdas, siendo esta barrera de producción la que ha retrasado durante años la llegada de baterías de estado sólido al mercado de consumo.

Sin embargo, las últimas noticias de Toyota en este campo indican que la compañía ha realizado progresos sustanciales en la fabricación a gran escala, proponiendo métodos de encapsulación y ensamblaje pioneros, destinados a abaratar costes y acelerar la integración de esta tecnología en modelos de distintas gamas.

La integración de las baterías de estado sólido en vehículos eléctricos promete, de entrada, resolver varias de las críticas más frecuentes de los consumidores: durabilidad y autonomía, que se verán incrementadas, y tiempo de recarga, que se vería reducido.

Estos cambios no solo elevarían la comodidad de los conductores, sino que también podrían impulsar la expansión de las redes de carga pública y la inversión en infraestructura de recarga ultrarrápida, ya que, con un mayor número de usuarios satisfechos, el mercado de la electromovilidad crecería de manera sostenida y generaría un círculo virtuoso de inversión en tecnología e infraestructura.

Otro aspecto crucial es cómo este salto tecnológico afecta la sostenibilidad del vehículo eléctrico. Las baterías de estado sólido, al utilizar menos materiales tóxicos y ofrecer una mayor eficiencia energética, generan una huella ambiental más baja a lo largo de su ciclo de vida.

Esto se debe a que una menor degradación conlleva una vida útil más prolongada, lo que reduce la necesidad de fabricar repuestos con tanta frecuencia. Además, un vehículo que se recarga más rápido y que posee más autonomía suele optimizar el uso de la red eléctrica, sobre todo si está conectado a sistemas de energía renovable.

Estas ventajas consolidan la imagen del coche eléctrico como una alternativa viable y responsable a largo plazo, más allá de la fase inicial de compra, y, de esta manera, el diseño sostenible y la electromovilidad se complementan para cimentar la transición hacia formas de transporte menos dependientes de combustibles fósiles.

En nuestra próxima entrega, continuaremos viendo los progresos de los principales actores que preparar propuestas comerciales alrededor de la batería de estado sólido.