Durante décadas, los científicos se han preguntado qué hacer con el líquido dentro de una batería de iones de litio. Este electrolito es clave para el funcionamiento de las baterías, ya que transporta iones de un extremo de la celda al otro. Pero también es engorroso, ya que agrega peso y volumen que limitan la distancia que pueden recorrer los vehículos eléctricos con una carga, además de lo cual, puede incendiarse cuando se produce un cortocircuito en la batería. Una solución perfecta sería reemplazar ese líquido con un sólido, idealmente uno que sea ligero y aireado. Pero el truco radica en hacer ese cambio mientras se conservan todas las demás cualidades que debe tener una batería. Una batería de estado sólido no solo necesita enviarlo más lejos con cada carga, sino que también debe cargarse rápidamente y funcionar en todo tipo de clima. Hacer todo eso bien de una vez es una de las preguntas más difíciles en la ciencia de los materiales.
En los últimos meses, las nuevas empresas que trabajan con baterías de estado sólido han logrado un progreso constante hacia esos objetivos. Las pequeñas celdas de batería que alguna vez chisporrotearon después de cargarse están creciendo y convirtiéndose en otras más grandes que duran mucho más. Todavía hay mucho camino por recorrer hasta que esas celdas estén listas para la carretera, pero el progreso está configurando el próximo desafío: una vez que haya construido una batería lo suficientemente buena en condiciones de laboratorio minuciosas, ¿cómo puede construir millones de ellas rápidamente? “Estas empresas van a tener que tener un cambio de mentalidad masivo, pasando de ser empresas de I+D a empresas de fabricación”, dice Venkat Srinivasan, director del Centro Colaborativo Argonne para la Ciencia del Almacenamiento de Energía. “No va a ser sencillo”.
En las últimas semanas, Solid Power, una de las empresas de estado sólido más ricamente financiadas, ha puesto en marcha una línea piloto en Colorado que espera aborde esa cuestión. A plena capacidad, producirá 300 células por semana, o unas 15.000 por año. Eso es un goteo en comparación con los millones de células producidas cada año por las gigafábricas, y llegar allí aún llevará meses de herramientas y procesos refinados. Pero el objetivo, según el CEO Doug Campbell, es comenzar a entregar células a fabricantes de automóviles como BMW y Ford para pruebas automotrices a finales de año.
Una vez que los fabricantes de automóviles estén contentos con el rendimiento de las baterías en la carretera, la compañía planea pasar el relevo a uno de sus socios de baterías propietarios de gigafábricas, como el gigante coreano de baterías SK Innovation. Según Campbell, eso debería ser relativamente simple. Solid Power ha diseñado lo que él describe como un "sabor" de diseño de estado sólido que se puede fabricar de manera única y que permite a los fabricantes de baterías reutilizar los procesos y equipos existentes diseñados para baterías de iones de litio. “En un mundo ideal, esta es la última línea de producción de celdas operada por Solid Power”, dice sobre las instalaciones de Colorado.
En principio, eso tiene sentido. Una batería es una batería. Al igual que sus primos llenos de líquido, las baterías de estado sólido requieren un ánodo, un cátodo y alguna forma para que los iones migren entre los dos. Ahí es donde entra el electrolito. Pero no es fácil hacer algo que sea poroso a los iones, pero lo suficientemente sólido como para no agrietarse. Los investigadores han pasado años buscando los materiales correctos y finalmente se han decidido por una variedad de ideas que incluyen cerámica y polímeros plastificados. Pero no todos son fáciles de hacer. Algunos son increíblemente frágiles, propensos a desmoronarse cuando se fabrican o cuando se colocan entre los electrodos; otros son más suaves y flexibles, pero no pueden exponerse a la humedad. Además, los científicos de baterías no tienen mucha práctica en la producción de los tipos de materiales precursores que se requieren para fabricarlas. La historia simplemente no está ahí.
El segundo problema es el ánodo. El santo grial para el estado sólido implica cambiar el ánodo del grafito típico al metal de litio. Combine eso con un electrolito sólido y es una receta para inmensas cantidades de energía. El problema es la forma que adopta el litio metálico. Los fabricantes de baterías están acostumbrados a trabajar con materiales en polvo para el ánodo y el cátodo que se pueden extender como una suspensión. Pero el litio funciona mejor como una lámina delgada e independiente; en el caso de Solid Power, tiene un grosor de 35 micrones. “Tiene la consistencia de un pañuelo de papel húmedo”, dice Campbell. "Y como puedes imaginar, cuando estás haciendo literalmente kilómetros de material, se vuelve muy complicado".
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