Que é unha batería de litio de estado sólido?

As baterías de litio de estado sólido están a atraer cada vez máis atención mundial grazas á súa maior seguridade, maior densidade de enerxía, maior vida útil e capacidade para funcionar nun amplo rango de temperaturas. A diferenza das baterías de litio convencionais que dependen de electrólitos líquidos, as baterías de estado sólido usan electrólitos sólidos como compoñente principal, un factor clave que configura o seu rendemento. Estes materiais sólidos inflúen directamente en atributos cruciais como a potencia de saída, a estabilidade cíclica, a seguridade operativa e a durabilidade tanto a altas como a baixas temperaturas. Como resultado, as institucións de investigación, as marcas líderes de electrónica e os fabricantes de automóbiles de todo o mundo están a investir activamente no desenvolvemento e optimización de tecnoloxías de electrólitos de estado sólido.

• As vendas de vehículos eléctricos aumentaron un 40 % desde 2019. Isto fixo que a necesidade de baterías aumentase en todas partes.

• Asia Pacífico é o principal mercado, con máis do 54 % do diñeiro en 2024.

• A densidade de enerxía pode chegar aos 500 Wh/kg. Isto é case o dobre que as baterías normais.

Conclusións clave

• Baterías de litio de estado sólido teñen un electrolito sólido. Isto fainas máis seguras e menos propensas a incendiarse que as baterías de ións de litio normais. Estas baterías poden almacenar máis enerxía no mesmo espazo. Isto axuda a que os dispositivos e os coches eléctricos duren máis. Non precisan ser máis grandes nin máis pesadas. Tamén se cargan moito máis rápido. Moitas poden alcanzar o 80 % de carga en menos de 15 minutos. Isto significa que os usuarios non teñen que esperar tanto. Fabricar baterías de estado sólido é máis difícil e custa máis agora mesmo. Pero os científicos están a traballar para facelas máis baratas e que duren máis. O mercado das baterías de estado sólido está a crecer rapidamente. Hai unha forte demanda de vehículos eléctricos, electrónica e almacenamento de enerxía. Isto dá esperanza para un futuro brillante.

Que é unha batería de litio de estado sólido?

Conceptos básicos sobre a batería de litio de estado sólido

Unha batería de litio de estado sólido ten un electrolito sólido, non un líquido. Esta parte sólida atópase entre o cátodo e o ánodo. Cando cargas ou usas a batería, os ións de litio móvense a través do electrolito sólido. Este movemento produce electricidade. O electrolito sólido tamén mantén a batería segura e estable.

Os fabricantes empregan cerámica, óxidos, sulfuros, fosfatos e polímeros para fabricar o electrolito sólido. A cerámica é boa para baterías ríxidas. Os polímeros axudan a fabricar baterías flexibles. Algunhas baterías empregan películas finas para aparellos pequenos. Outras empregan materiais grosos para coches eléctricos. O electrolito sólido axuda a deter as fugas, a inflamación e os incendios que poden ocorrer cos electrolitos líquidos.

Os científicos descubriron que os electrolitos sólidos amorfos permiten que os ións de litio se movan con máis facilidade. Isto axuda a que a batería funcione mellor, mesmo en lugares moi cálidos ou fríos. Os materiais ricos en litio dentro do electrolito proporcionan máis portadores de carga. Isto fai que a batería funcione aínda mellor.

Nota: A batería de litio de estado sólido pode almacenar máis enerxía no mesmo espazo que as baterías máis antigas. Isto convértea nunha excelente opción para coches eléctricos, teléfonos e outros dispositivos que precisan enerxía durante moito tempo.

En que se diferencia do ión de litio

Tanto as baterías de litio de estado sólido como as baterías de ións de litio usan ións de litio para almacenar e ceder enerxía. A gran diferenza é o electrolito. As baterías de ións de litio usan un electrolito líquido. As baterías de estado sólido usan un sólido.

Aquí tes unha táboa que compara os dous tipos:

• As baterías de estado sólido usan un electrolito sólido, polo que non hai risco de incendio por líquidos inflamables.

• Poden cargarse máis rápido e funcionar en lugares máis cálidos ou máis fríos.

• Fabricar baterías de estado sólido custa máis e é máis difícil.

• As baterías de ións de litio son máis baratas e fáciles de fabricar, polo que se usan máis.

Os científicos seguen traballando para mellorar as baterías de estado sólido. Estudan como se moven os ións de litio e como funcionan xuntas as pezas da batería. Empregan materiais e deseños especiais para axudar a que os ións de litio se movan de forma rápida e segura. Aínda hai problemas, como garantir que a batería dure moito tempo e que non se rache nin perda o contacto no seu interior.

Como funciona

Función do electrólito sólido

O electrolito sólido está no medio da batería. Permite que os ións de litio se movan dun lado a outro. Esta parte actúa como unha ponte entre o ánodo e o cátodo. Os electrolitos líquidos poden ter fugas e incendiarse, pero os sólidos non. Isto fai que a batería sexa máis segura e mantéñaa estable.

Os científicos probaron moitos tipos de electrolitos sólidos. Algúns están feitos de cerámica e outros usan polímeros. Outros mesturan ambos materiais. Un electrolito de polímero composto ten pequenos anacos de cerámica dentro dun polímero brando. Isto dá aos ións de litio máis formas de moverse. A batería pode entón funcionar máis rápido e durar máis.

Nota: Nas probas, as baterías con electrólitos sólidos mantiveron case toda a súa potencia despois de 250 ciclos a unha velocidade de 0,5 °C. Tamén permiten que os ións de litio se movan case o dobre de rápido que as baterías máis antigas.

Aquí tes unha táboa que mostra como os electrólitos sólidos axudan ás baterías:

Ánodo de metal de litio

O ánodo de metal de litio proporciona moita enerxía á batería. É unha capa fina que mantén moita carga nun espazo pequeno. Cando se usa a batería, os ións de litio saen do ánodo e pasan polo electrolito sólido ata o cátodo. Ao cargar, volven ao ánodo.

As probas amosan que os ánodos de metal de litio axudan a que as baterías duren máis e funcionen mellor. Algunhas baterías conservaron a maior parte da súa enerxía despois de 1250 ciclos a alta capacidade. A densidade de enerxía alcanzou os 1000 Wh por litro, o que é bo para os coches eléctricos. O electrolito sólido tamén impide que medren os picos afiados, chamados dendritas. Isto mantén a batería segura e axuda a que se cargue máis rápido.

O electrolito sólido e o ánodo de litio metálico funcionan conxuntamente. Axudan á batería a almacenar máis enerxía, a durar máis e a manterse segura.

Vantaxes

Seguridade

Unha batería de litio de estado sólido ten un electrolito sólido, non un líquido. Isto significa que non hai posibilidade de fugas ou incendios. A batería non usa líquidos inflamables, polo que é máis segura cando a usas ou a cargas. As probas demostran que estas baterías non se sobrequentan nin se curtocircuitan tan facilmente como as antigas. Tamén superan rigorosas probas de seguridade, como probas de quecemento e curtocircuíto.

• Sen líquido inflamable no interior

• Menos posibilidades de fugas ou incendios

• Mellora nas probas de seguridade

A seguridade é unha das principais razóns polas que as empresas queren baterías de estado sólido nos automóbiles e nos dispositivos electrónicos.

Densidade de enerxía

As baterías de litio de estado sólido poden almacenar máis enerxía no mesmo tamaño que as baterías de ións de litio normais. Isto débese a que o electrolito sólido permite que a batería teña capas máis finas e use materiais fortes como o litio metálico. A táboa seguinte mostra canta máis enerxía poden almacenar estas baterías:

Cunha maior densidade de enerxía, os dispositivos poden durar máis ou facer máis sen facerse máis grandes ou pesados.

Velocidade de carga

As baterías de litio de estado sólido poden cargarse moito máis rápido que as baterías antigas. As probas realizadas por empresas e laboratorios mostran que algunhas baterías poden pasar do 10 % ao 80 % de carga en menos de 15 minutos. Estas baterías seguen cargándose rápido durante centos de usos, polo que duran moito tempo. Nunha proba, unha batería chegou ao 80 % de carga en menos de 10 minutos e mantivo máis do 80 % de enerxía despois de 3000 usos.

A carga rápida permite que os coches e dispositivos eléctricos pasen menos tempo conectados e máis tempo usándose.

Desafíos

Problemas de fabricación

Fabricar unha batería de litio de estado sólido non é doado. As fábricas necesitan materiais e ferramentas especiais. A cerámica é difícil de moldear e require moita calor e presión. Os métodos de rolo a rolo funcionan para pezas delgadas e flexibles. As pezas grosas ou ríxidas fan que isto sexa máis difícil. Os traballadores deben comprobar se hai puntos baleiros e asegurarse de que a estrutura cristalina sexa correcta. Se as capas se mesturan ou se acumula litio, a batería perde potencia. As fábricas usan máquinas avanzadas para comprobar cada peza. Os materiais deben ser fáciles de conseguir e manterse estables, ou a fabricación de baterías ralentizarase.

• As pezas ríxidas dificultan a fabricación de moitas baterías.

• A calor e a presión elevadas fan que as cousas sexan máis complexas.

• Os problemas entre as capas poden reducir a potencia da batería.

• A comprobación da calidade require máquinas especiais.

Barreiras de custo

As baterías de litio de estado sólido custan máis de fabricar que as normais. As fábricas pagan máis por materiais como LLZO e LGPS. Estes poden custar miles por cada quilogramo. A fabricación do electrolito sólido consiste en... 70% do custo total. As fábricas precisan ferramentas especiais para altas temperaturas e presións. A reciclaxe é máis difícil debido ás pezas cerámicas. Os expertos din que o custo máis baixo por quilovatio-hora é de 113 a 157 dólares. As baterías de ións de litio normais custan uns 101 dólares por quilovatio-hora. Estes prezos elevados dificultan a venda de baterías de estado sólido a baixo prezo.

obstáculos técnicos

Os problemas técnicos ralentizan as baterías de litio de estado sólido. A alta resistencia entre as partes sólidas dificulta a subministración de enerxía. Isto tamén fai que a batería se desgaste máis rápido. As dendritas poden crecer no seu interior e causar curtocircuítos ou incendios. A tensión e as gretas na parte sólida poden facer que as capas se dividan. Isto acurta a vida útil da batería. Algunhas baterías necesitan calor e presión elevadas para funcionar ben. Isto fai que sexan difíciles de usar en produtos reais. Os científicos ven que o litio se acumula e cambia nas capas. Isto inicia o crecemento das dendritas e fai que as baterías fallen. Estes problemas mostran por que é difícil facer que as baterías de litio de estado sólido sexan seguras e duradeiras.

Batería de litio de estado sólido en uso

Electrónica de consumo

Moitas empresas poñen agora baterías de litio de estado sólido en teléfonos, portátiles, tabletas e dispositivos vestibles. Estas baterías axudan a que os dispositivos funcionen durante máis tempo e se carguen máis rápido. Tamén fan que os dispositivos sexan máis seguros porque hai menos risco de fugas ou incendios. O mercado destas baterías está a crecer moi rápido. En 2023, o seu valor era de 85,1 millóns de dólares. Os expertos cren que alcanzará os 358,1 millóns de dólares en 2030. Isto débese a que as baterías teñen unha mellor densidade de enerxía, deseños máis seguros e tamaños máis pequenos. Novos materiais como os compostos cerámicos e de polímeros axudan a que as baterías funcionen mellor en dispositivos pequenos. As empresas empregan novas formas de facer que as baterías sexan máis rápidas e baratas.

• As baterías de litio de estado sólido fan que os dispositivos sexan máis seguros ao deter as fugas e reducir os riscos de incendio.

• Os novos electrólitos e os deseños intelixentes axudan a que as baterías encaixen en dispositivos máis pequenos.

• O mercado está a medrar rapidamente porque a xente quere aparellos electrónicos máis seguros e duradeiros.

Vehículos eléctricos

As baterías de litio de estado sólido cambian o funcionamento dos vehículos eléctricos. Estas baterías permiten que os coches vaian máis lonxe e se carguen máis rápido. Por exemplo, o sedán Nio ET7 usa unha batería semisólida e pode percorrer 1070 quilómetros cunha soa carga. Samsung fabricou unha batería que se carga ata o 80 % en menos de 10 minutos e pode percorrer máis de 960 quilómetros. Mercedes-Benz probou un coche cunha batería de estado sólido que chega un 25 % máis lonxe que os coches con baterías normais. A batería tamén fai que o coche sexa máis lixeiro e seguro. A moitos fabricantes de automóbiles lles gusta... Toyota, Honda e BMW quero usar estas baterías pronto.

As probas de laboratorio amosan que algunhas baterías de estado sólido duran ata 6.000 ciclos e cárganse en só 5 a 10 minutos. Isto é moito mellor que as baterías normais de vehículos eléctricos.

Almacenamento en grella

As baterías de litio de estado sólido tamén axudan a almacenar enerxía para a rede eléctrica. Estas baterías duran máis e funcionan ben en tempo cálido ou fríoManteñen a súa enerxía despois de miles de usos, polo que son boas para almacenar enerxía solar ou eólica. As baterías tamén se manteñen seguras e estables, mesmo cando se usan moito. As empresas e os gobernos gastan cartos nestas baterías para facer que o almacenamento de enerxía sexa máis seguro e fiable. A medida que se usa máis enerxía renovable, as baterías de litio de estado sólido axudarán a manter as luces acesas.

O avance de BSLBATT en baterías de litio de estado sólido

51,2 V 280 Ah

BSLBATT fixo unha gran mellora coa súa batería de 51,2 V e 280 Ah. Esta batería emprega materiais sólidos especiais para unha maior seguridade e potencia. Os enxeñeiros deseñarona para cousas que requiren moita enerxía, como vehículos eléctricos e enerxía de reserva. Tamén funciona para grandes sistemas de almacenamento de enerxía.

O/A Batería BSLBATT de 51,2 V e 280 Ah é especial porque ten alta voltaxe e gran capacidade. Isto permítelle reter máis enerxía e liberala rapidamente cando sexa necesario. A batería funciona ben en lugares cálidos ou fríos, polo que é fiable en moitas zonas.

Aquí están os principais detalles técnicos:

A batería pode soportar correntes fortes. Isto axúdalle a facer funcionar máquinas pesadas ou a cargar vehículos rapidamente. Segue funcionando tanto en tempo frío como en calor. Iso fai que sexa boa para o seu uso no exterior ou na fábrica.

A batería de 51,2 V e 280 Ah de BSLBATT ofrece seguridade, potencia e longa duración. A xente pode confiar nela para o uso diario ou en caso de emerxencia.

A empresa segue mellorando as súas baterías. Queren aínda máis potencia e máis xeitos de usalas pronto.

Perspectivas futuras

Folla de ruta da industria

Os expertos cren que as baterías avanzadas crecerán moito en breve. O mercado podería pasar de 104,37 millóns de dólares en 2023 a 768,31 millóns de dólares en 2030Trátase dun gran salto, cunha taxa de crecemento do 33 % anual. Para 2033, o mercado podería valer máis de 120 000 millóns de dólares. A rexión de Asia-Pacífico liderará o mercado, cun investimento de máis do 35 % dos ingresos. Este crecemento provén do aumento dos coches eléctricos, dos pequenos dispositivos e das novas tecnoloxías.

Moitas zonas usarán estas baterías. Para o ano 2030, 10-15 % dos coches eléctricos novos pode telos. Máis do 55 % dos pequenos aparellos electrónicos xa as usan. As ferramentas médicas e os avións tamén están interesados. Empresas como Toyota, QuantumScape e Robert Bosch gastan cartos en investigación e na fabricación de baterías.

Unha carga rápida, unha maior duración e unha maior seguridade axudarán a que estas baterías se popularicen en automóbiles, dispositivos e redes eléctricas.

Investigación e innovación

A investigación e o diñeiro seguen mellorando as baterías. As grandes empresas e os gobernos gastan miles de millóns para mellorar o funcionamento das baterías e reducir o custo. Honda planea gastar 39.840 millóns de dólares en dez anos e construirá unha nova fábrica en América do Norte. O goberno dos Estados Unidos doa 3.000 millóns de dólares para axudar á investigación sobre baterías. Blue Solutions, en Francia, está a construír unha enorme fábrica que pode producir 25 GWh de baterías para o ano 2030.

Os científicos traballan en novos electrólitos, baterías máis seguras e cargas máis rápidas. Empregan a intelixencia artificial e os datos para axudarlles a traballar máis rápido. A medida que máis empresas se unan, as novas ideas xurdirán aínda máis rápido. O futuro das baterías avanzadas parece moi prometedor.

As baterías de estado sólido son máis seguras, manteñen máis enerxía e cárganse máis rápido. Empregan electrolitos sólidos que permiten que os ións se movan rapidamente. Algunhas poden alcanzar unha condutividade iónica de ata 1 x 10^-2 S/cm, como se mostra aquí:

Pero estas baterías custan moito e son difíciles de fabricar.

• Unha mellor seguridade e máis enerxía axudan a moitas empresas.

• Os altos custos e a resistencia entre as capas seguen sendo problemas.

Os científicos seguen traballando para solucionar estes problemas. Moita xente pensa que estas baterías usaranse en todas partes cando se fagan novos descubrimentos.

Preguntas frecuentes

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

Baterías de litio de estado sólido teñen un electrolito sólido. Esta peza non ten fugas nin se queima. Os dispositivos con estas baterías superan máis comprobacións de seguridade. A xente pode confiar nelas en automóbiles e dispositivos electrónicos.

Cando se farán comúns as baterías de litio de estado sólido nos coches eléctricos?

A maioría dos expertos pensan que as baterías de estado sólido estarán nos coches eléctricos en 2027 ou 2028. Algunhas empresas xa as están a probar en coches novos. Pode que pasen uns anos máis antes de que todo o mundo as use.

Poden as baterías de litio de estado sólido cargarse máis rápido que outras baterías?

Si! As baterías de litio de estado sólido poden chegar ao 80 % de carga en menos de 15 minutos durante as probas. Esta carga rápida axuda aos coches e dispositivos eléctricos a pasar menos tempo conectados.

Son as baterías de litio de estado sólido mellores para o medio ambiente?

As baterías de estado sólido duran máis e empregan materiais máis seguros. A reciclaxe está mellorando, pero aínda hai que traballar.