Como funciona unha batería de estado sólido

As baterías de estado sólido funcionan mediante un electrolito sólido, o cal é fundamental para comprender como funcionan as baterías de estado sólido. Este electrolito sólido permite que os ións se movan de forma eficiente entre os eléctrodos, o que fai que a batería sexa máis segura e permite almacenar máis enerxía. Por exemplo, os electrolitos sólidos a base de sulfuro teñen unha excelente condutividade iónica, con valores superiores a 10^-2 S/cm. A densidade de enerxía destas baterías adoita comezar en 400–500 Wh/kg e pode superar os 1000 Wh/kg.

Conclusións clave

• As baterías de estado sólido teñen un electrolito sólido. Isto move os ións de forma segura e rápida. Son máis seguras e fortes que as baterías normais.

• Estas baterías manteñen máis enerxía. Cárganse máis rápido e funcionan durante máis tempo. Isto axuda a que os dispositivos sexan máis pequenos, máis lixeiros e máis fiables.

• As baterías de estado sólido aínda teñen problemas. Custan moito e son difíciles de fabricar. Os científicos están a traballar para solucionar estes problemas. Pronto, máis coches e dispositivos eléctricos poderán usalas.

Que son as baterías de estado sólido?

baterías de estado sólido teñen un material sólido que move ións. Non hai líquido dentro destas baterías. Usan cousas como electrólitos a base de sulfuro ou partículas con revestimento seco. Isto fai que a batería sexa máis segura e estable.

Pode que te preguntes en que se diferencian estas baterías das do teu teléfono ou portátil. As baterías de ións de litio normais usan un electrolito líquido. Este líquido pode ter fugas ou incendiarse se a batería se rompe. As baterías de estado sólido non teñen este problema. O material sólido non ten fugas e pode soportar mellor a calor.

Aquí tes unha táboa sinxela para mostrar as principais diferenzas:

As baterías de estado sólido poden almacenar máis enerxía e durar máis. Os científicos empregan ferramentas e probas especiais para demostrar que estas baterías funcionan mellor e son máis seguras. Cando se usan cousas con baterías de estado sólido, obtés máis potencia nunha batería máis pequena e segura.

Consello: A medida que a tecnoloxía mellora, verás baterías de estado sólido en máis cousas, como teléfonos e coches eléctricos.

como funciona unha batería de estado sólido

As baterías de estado sólido son diferentes das baterías normais. Teñen tres partes principais: ánodo, cátodo e electrolito sólido. O electrolito sólido atópase entre o ánodo e o cátodo. Permite que os ións se movan pero detén os electróns. Isto axuda á batería a almacenar e ceder enerxía de forma segura.

Cando cargas a batería, Os ións de litio saen do cátodoViaxan a través do electrolito sólido ata o ánodo. Cando usas a batería, os ións volven ao cátodo. O electrolito sólido só permite que os ións se movan. Os electróns teñen que pasar por un cable fóra da batería. Isto é o que alimenta os teus dispositivos.

Os científicos proban diferentes electrolitos sólidos para ver cal funciona mellor. Empregan materiais ricos en litio para fabricar o electrolito. O xeito en que o fabrican cambia a velocidade á que se poden mover os ións. As probas de raios X mostran que a estrutura axuda aos ións a moverse rapidamente. Algúns electrolitos sólidos teñen unha condutividade iónica superior a 1 mS/cm. Isto significa que os ións se moven moi ben. A alta condutividade axuda ás baterías a cargar rápido e a durar máis.

Pode que te preguntes como se comparan as baterías de estado sólido coas baterías de ións de litio. A gran diferenza é o electrolito. As baterías de ións de litio usan un electrolito líquido. Este líquido pode ter fugas ou incendiarse se se dana. As baterías de estado sólido usan un electrolito sólido. Non ten fugas nin se queima facilmente. Isto fainas moito máis seguras.

Nota: Os electrólitos sólidos non prenden lume. Reducen o risco de incendio e sobrequecemento. Isto fai que as baterías de estado sólido sexan axeitadas para coches eléctricos e grandes capacidades de almacenamento de enerxía.

Aquí tes unha táboa para mostrar as diferenzas de seguridade:

As baterías de estado sólido funcionan mellor en moitos sentidos. O electrolito sólido proporciona unha maior densidade de enerxía. Obtén máis potencia nunha batería máis pequena. A batería dura máis e cárgase máis rápido. As probas amosan que un mellor movemento de ións proporciona ata o 98,9 % da capacidade total. A eficiencia enerxética pode alcanzar o 97,8 %. Isto significa que se desperdicia menos enerxía e que se aproveita máis cada carga.

Agora xa sabes como funcionan as baterías de estado sólido. O electrolito sólido é moi importante. Permite que os ións se movan de forma rápida e segura. Tamén fai que a batería sexa máis segura e forte que as baterías antigas. A medida que aprendas máis, verás por que esta tecnoloxía é importante para o futuro.

Cales son os tipos de baterías de estado sólido?

Hai moitos tipos de baterías de estado sólido. Cada tipo emprega materiais e deseños diferentes. Estes cambios afectan ao funcionamento da batería e a onde se usa.

As baterías de estado sólido divídense en dous grupos principais. Os grupos dependen do grosor do electrolito.

• Baterías de estado sólido a granel teñen electrolitos espesos. A xente fabrícaos presionando ou quentando as pezas xuntas.

• Baterías de estado sólido de película fina teñen capas moi finas. Estas capas poden ter só uns poucos nanómetros de grosor. Necesítanse máquinas especiais para fabricar estas películas finas.

Tamén hai moitos tipos segundo o contido da batería. Aquí tes unha táboa para axudarche a comparalos:

Consello: Podes escoller o tipo de batería que mellor se adapte ás túas necesidades. As baterías de película fina son boas para cousas pequenas como as tarxetas intelixentes. As baterías a granel funcionan mellor nos coches eléctricos.

Agora xa sabes que hai moitos tipos de baterías de estado sólido. Cada tipo ten vantaxes especiais para diferentes usos.

Estado sólido vs. ión de litio

As baterías de estado sólido e as de ións de litio non son o mesmo. As baterías de estado sólido usan un electrolito sólido. As baterías de ións de litio usan un líquido. Isto fai que as baterías de estado sólido sexan moito máis seguras. Son menos propensas a incendiarse. Poden almacenar máis enerxía nun tamaño máis pequeno. Tamén duran máis que as baterías de ións de litio. Pero as baterías de estado sólido custan máis agora mesmo. Tamén son máis difíciles de fabricar.

Aquí tes unha táboa para axudarche a comparar:

Vantaxes e inconvenientes

As baterías de estado sólido teñen moitas vantaxes:

• Almacenan de 2 a 2,5 veces máis enerxía que as baterías de ións de litio. Isto significa que as baterías poden ser máis lixeiras e pequenas.

• A carga é ata 6 veces máis rápida. Non tes que esperar tanto.

• A probabilidade de incendio é moito menor, máis de 20 veces menor.

• Funcionan ben en lugares cálidos ou fríos e duran máis.

Pero tamén hai algúns problemas:

• Custan moito por mor dos novos materiais e das fábricas especiais.

• A maioría das baterías de estado sólido deben estar a unha temperatura superior á ambiente para funcionar mellor.

• Algunhas baterías de proba non duran tanto como as baterías de fosfato de ferro e litio. Estas poden durar máis de 4.000 ciclos.

Nota: Os expertos cren que os prezos poderían baixar ata os 140 $ por kWh en 2028. Pero pode que pasen cinco anos máis antes de que se fabriquen moitos.

Cales son as aplicacións das baterías de estado sólido?

Aplicacións e desafíos

As baterías de estado sólido úsanse en coches eléctricos, teléfonos intelixentes e tarxetas intelixentes. Por exemplo, o sedán Nio ET7 usa unha batería semisólida. Pode percorrer 1070 quilómetros cunha soa carga. A batería de estado sólido de Samsung pode percorrer máis de 1060 quilómetros. Pode cargarse ata o 80 % en menos de 10 minutos.

• As baterías de estado sólido son máis seguras e duran máis.

• Necesitan materiais especiais e unha construción coidadosa.

• É difícil manter as partes sólidas xuntas.

• As fábricas deben manter fóra a auga, especialmente no caso das baterías a base de sulfuro.

Verás máis baterías de estado sólido a medida que se volvan máis baratas. As fábricas están mellorando na súa fabricación. Polo de agora, parecen moi prometedoras, pero aínda teñen algúns problemas que resolver.

Que seguras son as baterías de estado sólido?

Pode que te preguntes se as baterías de estado sólido son realmente máis seguras que as normais. Estas baterías usan un electrolito sólido. Esta parte sólida non se queima nin ten fugas. Debido a isto, é moito menos probable que se incendien que as baterías con líquido no seu interior. Podes sentirte máis seguro usando baterías de estado sólido en cousas como coches ou teléfonos.

Pero a seguridade non se limita a deter os incendios. Científicos da Universidade Purdue estudaron o que ocorre cando fallan estas baterías. Descubriron que algúns electrólitos sólidos, como o Li10SnP2S12, aínda poden quentarse moito. Isto ocorre se certas reaccións químicas comezan no ánodo. Estas reaccións poden facer que a batería se quente rapidamente. A calor tamén pode facer que o cátodo libere osíxeno. Isto pode causar máis reaccións e algo chamado "fuga térmica". Polo tanto, aínda que as partes sólidas non se queimen, a batería aínda pode quentarse moito se hai algún problema no seu interior.

Os científicos empregan ferramentas de raios X para examinar o interior das baterías de estado sólido. O proxecto SOLBAT da Institución Faraday descubriu que se poden formar gretas no electrolito sólido antes de que se acumule litio. Estas gretas poden estenderse e causar curtocircuítos. Se se usa demasiado a batería, pódense formar espazos baleiros. O litio pode crecer nestes espazos e facer que a batería sexa insegura.

Consello: As baterías de estado sólido son máis seguras que as baterías antigas, pero aínda así debes ter coidado. Os novos deseños e os mellores materiais farán que sexan aínda máis seguras en breve.

Cales son os desafíos para a aplicación práctica das baterías de estado sólido?

As baterías de estado sólido parecen estupendas, pero teñen problemas. Os científicos e os enxeñeiros teñen moito traballo para facelas funcionar na vida real. Non é doado usar estas baterías en coches ou teléfonos.

Aquí tes unha táboa que enumera os principais problemas:

Fabricar baterías de estado sólido é difícil. As capas deben ser lisas e sen gretas. Se a batería se fai máis grande ou máis pequena, pode romperse por dentro. O tempo frío fai que os ións se movan aínda máis lentamente. As fábricas necesitan máquinas especiais para fabricar estas baterías. Isto fai que sexan máis caras.

Consello: Os científicos están a traballar para solucionar estes problemas. Cando atopen mellores xeitos, verás máis baterías de estado sólido ao teu redor.

Cando chegarán as baterías de estado sólido ao mercado eléctrico?

Pode que te preguntes cando verás baterías de estado sólido en coches eléctricos e outros dispositivos. Os informes de análise de mercado mostran que o mercado de baterías de estado sólido crecerá rapidamente. En 2024, o tamaño do mercado é duns 128,5 millóns de dólares. Para 2032, os expertos esperan que alcance os 2.001,7 millóns de dólares. Isto significa que o mercado podería crecer máis dun 40 % cada ano. Podes esperar ver máis baterías de estado sólido entre 2025 e 2032.

Moitas cousas axudan a este crecemento. As vendas de vehículos eléctricos seguen aumentando. Os gobernos ofrecen incentivos para usar enerxía máis limpa. As estacións de carga son máis fáciles de atopar. As empresas tamén gastan máis cartos en investigación e desenvolvemento. Os grandes fabricantes de automóbiles e as empresas de baterías traballan xuntas para construír novas fábricas. Estes pasos axudan a levar as baterías de estado sólido ao mercado máis rápido.

É probable que vexas as primeiras baterías de estado sólido en coches eléctricos de gama alta. As empresas dos Estados Unidos, Europa, China e Xapón lideran o camiño. Despois dos coches de luxo, podes ver estas baterías en coches normais, autobuses e mesmo en almacenamento de enerxía doméstico.

Nota: É posible que non vexas baterías de estado sólido en todos os coches de inmediato. Ao principio, custarán máis e estarán en modelos especiais. A medida que as fábricas fabriquen máis, os prezos baixarán e verasas en máis lugares.

Aquí tes unha ollada rápida ao que podes esperar:

As baterías de estado sólido chegarán pronto. Verás como cambian a forma en que usas os coches eléctricos e outros dispositivos nos próximos anos.

Aprendiches como funciona unha batería de estado sólido. Estas baterías usan un electrolito sólido. Isto axuda aos ións a moverse de forma segura e rápida. Aquí tes algunhas das súas principais vantaxes:

As baterías de estado sólido poderían mellorar os coches e os dispositivos eléctricos para todas as persoas.

Preguntas frecuentes

Que fai que as baterías de estado sólido sexan máis seguras que as baterías normais?

As baterías de estado sólido son máis seguras porque o electrolito sólido non pode ter fugas. Tampouco se incendia. Isto significa que os teus dispositivos teñen menos posibilidades de sufrir accidentes.

Pódense usar baterías de estado sólido en tempo frío?

Podes usar estas baterías en tempo frío, pero non funcionan tan ben. Algúns tipos soportan o frío mellor que outros. Ten sempre en conta o rango de temperatura de seguridade da batería.

Canto duran as baterías de estado sólido?

As baterías de estado sólido adoitan durar máis que as de ións de litio. Moitas poden cargarse ata 2000 veces antes de comezar a perder enerxía.