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¿Qué es una batería de estado sólido?

Julio 01, 2022

El 9 de octubre de 2019,la Real Academia Sueca de Ciencias anunció que el Premio Nobel de Química 2019 fue otorgado a John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino por sus contribuciones a la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio. Crearon un mundo recargable. Las baterías de iones de litio se utilizan en todo el mundo para alimentar los dispositivos electrónicos portátiles que utilizamos para comunicarnos, trabajar, estudiar, escuchar música y buscar conocimientos.

Sin embargo, los científicos creen que las baterías de iones de litio han llegado a su límite, y las baterías de estado sólido se han considerado baterías capaces de heredar el estado de las baterías de iones de litio en los últimos años. Debido a la alta potencia y peso de las baterías de estado sólido, son una mejor opción para las baterías de vehículos eléctricos que las baterías de iones de litio. Permítanme darles algunas introducciones detalladas sobre las baterías de estado sólido.


¿Qué es una batería de estado sólido?

La batería de estado sólido es una tecnología de batería que utiliza electrodos sólidos y un electrolito sólido, en lugar de los electrolitos líquidos o de gel de polímero que se encuentran en las baterías de polímero de litio o de iones de litio.

Aunque los electrolitos sólidos se descubrieron por primera vez en el siglo XIX, varios inconvenientes han impedido su aplicación generalizada. Los desarrollos de finales del siglo XX y principios del XXI han despertado un interés renovado en las tecnologías de baterías de estado sólido, especialmente en el contexto de los vehículos eléctricos, a partir de la década de 2010.

 

Diferencia

La principal diferencia entre las baterías de estado sólido y las baterías de iones de litio es el electrolito. Las baterías de iones de litio usan electrolitos líquidos, lo que tiene problemas con el peso, la seguridad y la vida útil.

Debido a la baja energía de una sola batería, se deben conectar varias baterías en serie, lo que aumenta aún más el peso. Frente al riesgo de inestabilidad e inflamabilidad a altas temperaturas, el electrolito líquido podría causar incendios en accidentes automovilísticos. También es propenso a congelarse a bajas temperaturas, lo que reduce la capacidad de crucero. Además, el electrolito puede corroer los componentes internos de la batería y el proceso de carga y descarga también generará dendritas, lo que reducirá la capacidad, el rendimiento y la vida útil de la batería.

Sin embargo, las baterías de estado sólido usan electrolito sólido con alta densidad de energía. Aunque la estructura de la batería y el método de carga son los mismos que las baterías de litio tradicionales, hay poco líquido dentro de la batería de estado sólido, la densidad de energía interna es mayor y el volumen es menor. Las baterías de estado sólido son más livianas. No requieren sistemas de monitoreo, enfriamiento y aislamiento térmico de las baterías de iones de litio, por lo que el chasis puede liberar más espacio para las baterías, lo que aumenta en gran medida la capacidad de conducción de los vehículos eléctricos.




Ventajas

De acuerdo con la descripción anterior, las ventajas de las baterías de estado sólido se pueden resumir brevemente:

--Alta seguridad. Muchos materiales de electrolitos sólidos no son inflamables, no corrosivos, no volátiles y no tienen fugas. En comparación con los electrolitos líquidos que contienen disolventes inflamables, los electrolitos sólidos poliméricos han mejorado significativamente la seguridad de las baterías.

--Alta densidad de energía. Al usar litio metálico como electrodo negativo, la densidad de energía de las baterías de litio de estado sólido alcanzará los 300-400 Wh/kg o incluso más; Al reducir el peso de la batería sin electrolitos líquidos y separadores, comprimiendo el espacio interno de la batería y aumentando la densidad de energía.

--Ciclo de vida largo. Evita el problema de la formación y el crecimiento continuos de interfase de electrolito sólido y dendritas de litio que perforan el separador durante el proceso de carga y descarga del electrolito líquido, lo que mejora en gran medida la ciclabilidad y la vida útil de las baterías de metal de litio.

--Amplio rango de temperatura de funcionamiento. En una prueba de penetración de clavos, las baterías de litio de estado sólido tienen resistencia a altas temperaturas y excelente estabilidad. El uso de electrolitos sólidos inorgánicos puede evitar la fuga térmica causada por la reacción de materiales de electrodos positivos y negativos con el electrolito a altas temperaturas, y la temperatura máxima de funcionamiento puede alcanzar los 300 °C.

--Flexibilidad. Las baterías de litio de estado sólido se pueden preparar en baterías de película delgada y baterías flexibles. En comparación con las baterías de litio de electrolito líquido flexible, el empaque es más fácil y seguro, lo que se puede aplicar a dispositivos portátiles inteligentes y dispositivos médicos implantables en el futuro.



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