Las baterías de estado sólido deberían dar un gran paso a la electromovilidad

D.La propulsión eléctrica tarde o temprano reemplazará al motor de combustión interna, que es, al menos a nivel político, un trato hecho. Ya en 2035, podría haber una prohibición en toda Europa de nuevas matriculaciones de vehículos de gasolina y diésel. Pero es cuestionable si el motor eléctrico realmente se afianzará tan rápido como les gustaría a los políticos y expertos en energía en el tráfico rodado. Hay varios factores que impiden que muchos conductores se cambien a automóviles que funcionan con baterías. Hay distancias cortas de una media de 350 kilómetros en comparación con un motor de combustión interna y los tiempos de carga aún son demasiado largos. Además del alto precio actual de las baterías, es probable que otro obstáculo sean los problemas de seguridad. Porque todavía sucede que las baterías de iones de litio se queman o incluso explotan. Además, el electrolito líquido puede filtrarse e incendiarse en caso de accidente. Desventajas que esperamos poder superar con una nueva generación de baterías de litio.

Muchos fabricantes de automóviles, incluidos VW y BMW, que ya están convirtiendo sus líneas de producción en vehículos eléctricos, tienen grandes esperanzas en las baterías recargables de estado sólido. Dependiendo del diseño, esta tecnología de batería promete tiempos de carga más rápidos y rangos más largos y, lo que es más importante, debería hacer que los autos eléctricos sean más seguros. Porque este tipo de batería ya no tiene componentes líquidos inflamables. En particular, el electrolito, que es el medio que conduce los iones de litio, está compuesto por un sólido ignífugo. «Estos pueden ser plásticos conductores de iones, cerámicas inorgánicas oxídicas o sulfúricas o sólidos similares al vidrio», dice Holger Althues del Instituto Fraunhofer de Materiales y Tecnología de Vigas de Dresde. El experto en baterías, que dirige el departamento de superficies químicas y tecnología de baterías, quiere ayudar a las baterías de estado sólido a lograr un gran avance con colegas de otros institutos. Como muchos investigadores de este país, prefiere los electrolitos de sulfuro sólido, como el tiofosfato de litio cristalino, debido a su alta conductividad a los iones de litio y su ventajosa procesabilidad.

La conductividad de los electrolitos sulfúricos sólidos es ahora comparable a la de los electrolitos a base de sales líquidas, aunque los iones de litio no pueden moverse con tanta libertad aquí. Los iones migran a través de una red cristalina rígida, teniendo que cruzar repetidamente los límites de los granos. Después de todo, el electrolito no es un cristal único, homogéneo y masivo, sino que está formado por cristalitos diminutos y de diferente orientación, los llamados granos. En la producción de electrolitos de sulfuro, los granos sueltos se cuecen juntos a temperaturas suaves y a alta presión (con electrolitos de óxido de alta temperatura) para que los iones de litio puedan migrar a través del material sin gran resistencia.

En principio, todos los materiales que también se utilizan en las baterías clásicas de iones de litio se pueden utilizar para los dos electrodos de las baterías de estado sólido: grafito para el ánodo y, por ejemplo, un óxido de cobalto-níquel para el cátodo, que contiene grandes cantidades. de iones de litio lo han almacenado. Los investigadores de IWS quieren prescindir de materiales costosos y metales críticos como el cobalto y el níquel. De modo que confía en el azufre en el lado del cátodo. «El material es barato, liviano y puede absorber grandes cantidades de litio», dice Althues, al describir los beneficios del azufre, que es un producto de desecho de la industria química y no se usa en grandes cantidades. Cuando se descarga la batería, los iones de litio del ánodo reaccionan con el azufre del cátodo para formar sulfuro de litio. El proceso se invierte durante la carga. Las grietas y roturas en el cátodo de azufre asociadas con los cambios de volumen se pueden mantener bajo control utilizando materiales de carbono adecuados, dice Althues.