¿Por qué son mejores las baterías de estado sólido para vehículos eléctricos y cuándo llegarán a BMW?
27 de noviembre de 2023
La tecnología de las baterías es uno de los principales factores limitantes que impiden que los vehículos eléctricos superen a sus homólogos que queman combustible en todos los ámbitos. El peso y la densidad energética del paquete de baterías, así como los posibles riesgos de incendio que plantea en caso de dañarse en un accidente, son sólo algunas de las áreas en las que todavía hay mucho margen de mejora.
Con la fuerte competencia entre los fabricantes para superarse unos a otros y ofrecer vehículos eléctricos cada vez más atractivos, la tecnología de baterías ha experimentado avances significativos en los últimos años. Esto fue impulsado por la competencia constante entre las marcas de automóviles establecidas, así como por nuevos actores (principalmente Tesla) que han ayudado a acelerar el cambio hacia los vehículos eléctricos. BMW dice que la introducción de sus sistemas de propulsión eléctricos eDrive de sexta generación traerá un aumento de la densidad de energía del 20 por ciento con respecto a lo que ofrece en sus vehículos eléctricos actuales y también una carga un 30 por ciento más rápida.
Se trata de cifras impresionantes, pero parecen meras mejoras incrementales en comparación con los grandes beneficios que promete una nueva forma de almacenar corriente: las baterías de estado sólido. Esta ha sido una gran palabra de moda entre los fabricantes de automóviles en los últimos años, especialmente entre las empresas que buscan ser percibidas como líderes en el campo de los vehículos eléctricos, ya que esta tecnología revolucionaria promete traer avances exponenciales en la densidad de energía, la seguridad y la sostenibilidad de las baterías de los vehículos eléctricos.
Los analistas de la industria creen firmemente que las baterías de estado sólido son el avance que los vehículos eléctricos necesitan para ganar popularidad. Como su nombre indica, el estado sólido implica que estas baterías no utilizan un electrolito líquido o en gel, que se reemplaza con una cerámica u otro material sólido que puede hacer el mismo trabajo de facilitar el movimiento de iones entre el ánodo y el cátodo de la batería.
Densidad de energía mucho mejor
Este paso a un electrolito sólido supondrá un gran impulso para la densidad energética de las baterías de vehículos eléctricos. Se estima que las baterías de estado sólido podrán almacenar hasta 2,5 veces más corriente que las baterías de iones de litio que utilizamos hoy en día para el mismo volumen y peso. Los vehículos eléctricos actuales son bastante pesados, especialmente en comparación con vehículos similares con motor de combustión interna, y esto perjudica su manejo. Esto se debe principalmente a que tienen una batería muy pesada, lo que los hace menos receptivos y ágiles en las curvas, además de menos dispuestos a detenerse en una situación de frenada de emergencia.
Unas baterías más densas en energía darían lugar a vehículos eléctricos con paquetes más pequeños y ligeros. Los ingenieros también podrían diseñar el paquete de baterías para que sea más pequeño y ocupe menos espacio, permitiendo maximizar el espacio para pasajeros y carga de una manera que hoy no es posible. Tener una batería más pequeña y ligera haría que los vehículos eléctricos fueran más eficientes y mejoraría su rendimiento, ya que tendrían que cargar con menos peso.
Menor riesgo de incendio y fuga térmica
El fuego y la fuga térmica son los mayores peligros que plantean los paquetes de baterías de iones de litio, que son muy frecuentes en la actualidad. Muchas cosas pueden hacer que uno de estos paquetes se encienda, como ser perforado durante un accidente por impacto con un objeto punzante, y una vez que la batería de un vehículo eléctrico se incendia, existe una alta probabilidad de que se salga de control.
El proceso de fuga térmica se produce cuando el fuego se propaga de una celda de batería a otra. Los paquetes de baterías de vehículos eléctricos tienen cientos de celdas y, si una se incendia, esencialmente se inicia una reacción en cadena. Esto puede ser tan grave que algunos departamentos de bomberos de todo el mundo han sido capacitados para sumergir vehículos eléctricos en llamas en un enorme tanque de agua para mantener bajo control los incendios de las baterías y reducir el riesgo de que el incendio se vuelva a encender.
Con la introducción de baterías de estado sólido, los vehículos eléctricos se volverían instantáneamente más seguros, ya que el riesgo de incendio en un paquete de este tipo es mucho menor. Esto se debe a la eliminación del material electrolítico líquido inflamable y al uso de un material sólido más seguro. Es mucho menos probable que el daño físico al paquete cause un incendio en una batería de estado sólido, y el riesgo de fuga térmica también se reduce considerablemente.
Otro beneficio para la seguridad que aporta el estado sólido es un menor riesgo de formación de dendritas en la superficie de los electrodos de la batería. Las dendritas son estructuras similares a cristales que pueden formarse después de repetidos ciclos de carga y descarga, y pueden provocar un cortocircuito (que puede provocar un incendio), provocar una transferencia de corriente más ineficiente o simplemente provocar un menor rendimiento de la batería.
Lo que permite que se formen dendritas es principalmente la cristalización del electrolito líquido o en gel, por lo que cambiar a uno que sea completamente sólido mitiga esto en gran medida.
Rango más amplio de temperaturas de funcionamiento
A los paquetes de baterías de iones de litio no les gusta funcionar en condiciones de temperatura inferiores a las ideales. Suelen funcionar mal, ya sea que haga mucho calor o mucho frío. Lo que esto significa para el usuario es que estas baterías proporcionarán menos autonomía y no se cargarán tan rápido. Operar un vehículo eléctrico cuya batería no está a una temperatura ideal generalmente también aumentará la probabilidad de dañar el paquete de alguna manera, especialmente si conduce el vehículo con fuerza o desea cargarlo rápidamente con CC.
Afortunadamente, la mayoría de los vehículos eléctricos actuales tienen formas de regular la temperatura de su batería, de modo que la mayoría de los riesgos mencionados se mitigan en gran medida. Sin embargo, las baterías de estado sólido soportarán mejor un rango más amplio de temperaturas de funcionamiento, lo que las hará menos propensas a dañarse cuando se usan en temperaturas extremas y también les permitirá brindar más alcance en tales condiciones.
Funcionarán y se cargarán mejor y de manera más confiable en condiciones de mucho frío, pero también brindarán un rendimiento superior durante más tiempo a temperaturas más altas. El electrolito sólido es mucho menos propenso a la degradación a alta temperatura en comparación con la variedad líquida, y también necesita un control de temperatura menos intenso para funcionar de manera óptima.
Las baterías de estado sólido durarán más
Si bien la vida útil esperada de las baterías de iones de litio y otros tipos de baterías para vehículos eléctricos que se utilizan hoy en día aumenta progresivamente, todavía hay un punto después del cual ya no son aptas para su propósito y es necesario reemplazarlas. Esto se debe en parte a la degradación del electrolito causada por ciclos térmicos repetidos, pero si es de la variedad sólida, en teoría tardará mucho más en degradarse hasta el punto en que la batería ya no sea utilizable.
Esto significa que las baterías de estado sólido durarán más, mitigando así uno de los problemas actuales de las baterías de los vehículos eléctricos: el hecho de que pierden capacidad demasiado rápido para la tranquilidad de algunos propietarios. Algunos paquetes de baterías de iones de litio pueden perder hasta un 2 por ciento de su capacidad cada año con el uso normal, aunque puede ser más si el vehículo se carga rápidamente de vacío a lleno con frecuencia en temperaturas inferiores a las ideales.
Los fabricantes aún no han dicho cuánto durarán las baterías de estado sólido, pero podrían ser muchas veces más que las baterías actuales una vez que la tecnología madure y se desarrolle más.
El estado sólido llega a BMW
BMW se encuentra entre los pioneros del vehículo eléctrico moderno y quiere seguir siendo líder en vehículos eléctricos. Ha anunciado que busca lanzar vehículos eléctricos de estado sólido en un futuro no muy lejano, pero no ha proporcionado un cronograma definido para este plan.
En su anuncio más reciente
sobre baterías de estado sólido , BMW dijo que estaba profundizando su cooperación con una empresa llamada Solid Power para el desarrollo conjunto de paquetes de baterías para vehículos eléctricos. El fabricante espera recibir baterías de estado sólido para realizar pruebas a principios de noviembre de 2023, según
Solid Power , y espera tener un vehículo de demostración en funcionamiento y en funcionamiento para 2025.
La línea de modelos Neue Klasse, que también debutará alrededor de 2025, seguirá contando con celdas de batería de iones de litio, pero BMW ve esto como una tecnología de transición y espera implementar tecnología de baterías de estado sólido en sus vehículos de producción para 2030. El 50 por ciento de sus ventas globales para finales de la década consistirán en vehículos eléctricos, por lo que lanzar baterías de estado sólido al mercado antes solo traerá beneficios.
Con una vida útil más larga, una mayor densidad de energía, mayor seguridad y una menor dependencia del cobalto y otros minerales cuya adquisición es problemática, las baterías de estado sólido listas para producción revolucionarán los vehículos eléctricos y se convertirán en el último clavo en el ataúd de los automóviles con motor de combustión interna. .
