10 tecnologías de batería actualmente en desarrollo

La tecnología de baterías es una sección crítica de los vehículos eléctricos en la actualidad, y la evolución continua de las baterías continuará transformando la industria.

A medida que la tecnología de los vehículos eléctricos continúa avanzando, las baterías se vuelven más cruciales que nunca. En la última década, los avances en la tecnología de baterías ya han permitido que los vehículos eléctricos viajen más lejos, se carguen más rápido y sean más asequibles para los consumidores. La tecnología de las baterías está evolucionando rápidamente, con nuevos y emocionantes desarrollos a la vuelta de la esquina. Las tecnologías de baterías actuales que fueron un gran avance al principio están comenzando a ofrecer un rendimiento limitado y requieren carga frecuente. Las baterías de iones de litio de hoy en día, que es el tipo más común utilizado, solo pueden contener unos pocos cientos de vatios-hora por kilogramo, y esto hace que sea difícil diseñar dispositivos que puedan durar lo suficiente sin tener que recargar. Con estos otros avances en la tecnología de baterías, los científicos buscan resultados para baterías más eficientes, livianas y seguras que puedan contener más carga y durar más. Con alternativas de batería más nuevas, los fabricantes de automóviles buscan hacer que los paquetes de baterías sean más livianos, tengan densidades de energía más altas para almacenar más cargas y proporcionen rangos más largos, se carguen más rápido sin causar la degradación de la batería y sean reciclables para mejorar la sostenibilidad. La tecnología de baterías es la sección más crítica de los vehículos eléctricos en la actualidad, y la evolución continua de las baterías continuará transformando la industria.

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Esta es una batería de litio-silicio donde los portadores de carga son un ánodo de iones de litio y silicio. Debido a los materiales de silicio, la capacidad específica es mucho mayor. El silicio tiene un cambio de volumen del 400 por ciento y es altamente reactivo cuando está cargado, por lo que las baterías comerciales lo usan para formar aproximadamente el 10 por ciento del ánodo. Sila Nanotechnologies es una empresa nueva que persigue el objetivo de reemplazar el grafito en los ánodos de iones de litio con ánodos de silicio de alto rendimiento. Daimler AG está fuertemente invertido y se está asociando con ellos para hacerlo realidad con fondos corporativos y de riesgo de $ 170 millones en 2019. Además, Elon Musk afirmó en 2015 que el silicio en las baterías del Model S ha ayudado a mejorar su autonomía en seis por ciento.

La batería de estado sólido reemplaza los electrolitos de gel de polímero o líquidos que se encuentran en las baterías de iones de litio y de polímero de litio con electrodos sólidos y un electrolito sólido. Brindan soluciones para los problemas de las baterías de iones de litio, como la inflamabilidad, la poca resistencia, el voltaje limitado, el rendimiento de ciclo deficiente y la formación de interfase de electrolito sólido inestable, y brindan una carga más rápida, un voltaje más alto y una vida útil más prolongada. Toyota tiene como objetivo adoptar la tecnología de batería de estado sólido primero en sus vehículos eléctricos híbridos, mientras que Honda está trabajando para que su capacidad de producción sea viable en la primavera de 2024. Algunos desafíos han impedido la tecnología a lo largo de los años, como su alto costo de producción, su sensibilidad a temperaturas y presiones, y presencia de dendritas (cristales metálicos en la superficie del litio que terminan penetrando en el electrolito sólido, entrecruzando los electrodos y cortocircuitando la celda de la batería).

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Las baterías de tungsteno de litio NanoBolt mejoran la tecnología de batería de litio existente. El almacenamiento de energía general de estas baterías, así como su tasa de recarga, se mejora mediante la adición de nanotubos de carbono de múltiples capas y tungsteno. Estas capas de nanotubos aumentan el área de almacenamiento de los iones y generan una alta eficiencia a través de la estructura de red que crean. Estas baterías pueden almacenar más energía que las baterías tradicionales de iones de litio. Esto es fundamental para mejorar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos. Una batería grande de tungsteno de litio NanoBolt se puede cargar rápidamente con energía solar. LG Energy Solution, que produce las baterías utilizadas en Chevy Volt, Bolt EV y Chrysler Pacifica, es uno de los principales competidores que trabajan en esta tecnología de baterías. BAK Group, Nyobolt y CALT también están trabajando en la tecnología.

La batería de litio-azufre tiene una alta energía específica. Estas baterías tienen una densidad liviana como el agua principalmente debido a la combinación del peso atómico moderado del azufre y el peso atómico bajo del litio. A diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, las baterías de litio-azufre reemplazan el cobalto con azufre, que tiene una mayor densidad de energía. Esto hace que sea capaz de retener más energía. En comparación con el cobalto, el azufre es más abundante y rentable. El desarrollo de dendritas ha sido un gran inconveniente para la tecnología de baterías de litio-azufre. A pesar del aumento en la popularidad de la tecnología, todavía se ve que está muy lejos de fructificar. La batería de litio-azufre tiene el potencial de duplicar el rango promedio actual de la batería de alrededor de 250 a 300 millas. LG Energy Solutions, que produce baterías para Tesla, está trabajando en una batería de litio-azufre.

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La "batería de iones de litio de próxima generación" (NGLB) es una nueva tecnología de batería que ofrecerá un rendimiento significativamente mejorado en términos de tiempo de carga y vida útil general. Se prevé que las celdas NGLB puedan mantener el doble o incluso el triple de la cantidad de carga en comparación con las baterías de iones de litio tradicionales. Esto significa que las baterías de las máquinas podrían durar hasta tres veces más que antes sin necesidad de un aumento sustancial de tamaño o peso. La tecnología NGLB está siendo creada por varias grandes empresas, que incluyen a Samsung, LG Energy Solutions y Panasonic. Las baterías únicas están diseñadas principalmente para vehículos eléctricos y otras aplicaciones grandes, pero pueden usarse en cualquier cosa, desde teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta dispositivos portátiles. El compromiso con la mejora de la energía y la longevidad hace que los NGLB sean una opción tentadora para cualquier cantidad de aplicaciones en el futuro.

La batería de hidrógeno metálico es una fuente de energía electroquímica recargable a base de níquel e hidrógeno que ofrece un rendimiento superior debido a su capacidad y eficiencia. Ofrecen varias veces más energía que las baterías de iones de litio actuales y pueden lograr una eficiencia del 85 por ciento y una larga vida útil de aproximadamente 20,000 ciclos de carga. Esta innovadora tecnología de batería también puede cargarse más rápido que antes, y las celdas pueden soportar la sobrecarga si se puede dispersar el calor que se genera. Sin embargo, la mayor ventaja que ofrece esta innovadora tecnología de batería es su respeto por el medio ambiente. Estas baterías no contienen solventes tóxicos, lo que significa menos preocupaciones sobre lo que sucede si se dañan o se exponen a altas temperaturas. Son totalmente reciclables e incluso se pueden utilizar para generar electricidad incluso después de que expire su vida útil.

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Las baterías de óxido de zinc-manganeso (ZMO), una solución prometedora para el desarrollo de sistemas sostenibles de almacenamiento de energía, están compuestas por dos electrodos: un ánodo de zinc y un cátodo de óxido de manganeso. Esta combinación híbrida brinda a las baterías ZMO una estabilidad excepcional, pero su menor densidad de energía es un gran inconveniente, ya que no puede almacenar suficiente carga en sus celdas para que sea un competidor digno de las baterías de iones de litio. También suelen ser menos costosas que las baterías de litio porque el componente de zinc es mucho más fácil de obtener y menos costoso que los componentes de litio. Aunque esto significa que debido a la baja densidad de energía del zinc, sería necesario producir una celda de mayor capacidad para estar a la altura de las baterías de iones de litio. Son seguros y no inflamables y adecuados para su uso en prácticamente cualquier dispositivo o aplicación.

CATL, el fabricante chino de baterías para vehículos eléctricos, tiene la intención de ser el primer productor de baterías de iones de litio sin cobalto. Comenzaron a venderlos en 2021. Tesla también equipó casi la mitad de los vehículos que vendió en el primer trimestre de 2022 con baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) sin cobalto. Estas baterías de iones de litio sin cobalto utilizan nanopartículas, como silicio o carbono, como material de ánodo. Han aumentado la densidad de energía, las tasas de carga y descarga y la seguridad. Su consumo de recursos reducido y niveles de toxicidad reducidos es un beneficio ambiental importante. Tienen densidades de energía más altas, ciclo de vida más largo y tiempos de carga más rápidos de hasta cinco veces la capacidad, 1500 ciclos de carga y tres veces la velocidad respectivamente de algunas baterías de iones de litio convencionales, así como menores costos de producción debido a la reducción del consumo de recursos. y mayor seguridad con menor disipación de calor durante los procesos de carga/descarga.

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Las baterías de organosilicio son mucho más resistentes al fuego que las baterías de iones de litio y tienen un rendimiento electroquímico mejorado. También tienen características superiores de seguridad y estabilidad. Cuando el electrolito de organosilicio se usa como codisolvente, puede aumentar la vida útil de la celda, la capacidad e, invariablemente, la autonomía de la batería. Para facilitar esta tecnología, los investigadores están trabajando en algunos tipos de organosilicio como silano, polisiloxano, siloxano, así como silsesquioxanos oligoméricos poliédricos para verificar sus diseños moleculares, estabilidad química, térmica y electroquímica, conductividad iónica y seguridad. Estas baterías serán más seguras que las químicas estándar de iones de litio debido a la ausencia de electrolitos líquidos inflamables. También tienen menos materiales peligrosos en su composición. ¡Esto asegurará que las baterías de electrolitos de organosilicio sean una excelente opción para aplicaciones donde la seguridad es primordial, como en vehículos eléctricos, equipos médicos, drones y más!

​​​​​​​Una batería de agua salada es básicamente un recipiente de agua salada y dos electrodos que generan electricidad cuando se conectan a una fuente de alimentación externa. Los dos electrodos, típicamente hechos de carbono, reaccionan con el electrolito de sulfato de sodio contenido en el agua salada y almacenan energía en forma de iones. Tienen una larga vida útil. No necesitan tanto mantenimiento como sus contrapartes de iones de litio. Es por eso que puede almacenar energía durante largos períodos sin perderla. El mayor beneficio de las baterías de agua salada es que se pueden producir a una fracción del costo de las baterías de iones de litio. Además, no son tóxicos. La desventaja es que no pueden almacenar tanta carga como las baterías de iones de litio debido a su baja densidad de energía y no pueden cargarse tantas veces como las baterías de iones de litio.

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