Las baterías de estado sólido están a tres años de distancia — y lo han estado durante una década
El fundamento físico de las baterías de estado sólido es sólido. Reemplazar el electrolito líquido de una celda convencional de iones de litio por un material sólido elimina el principal modo de fallo que provoca incendios (el electrolito líquido es inflamable), permite el uso de ánodos de litio metálico (que almacenan aproximadamente diez veces más litio por unidad de volumen que el grafito) y puede soportar más ciclos de carga. El techo teórico de densidad energética de una celda de estado sólido con ánodo de litio metálico ronda los 500 Wh/kg, aproximadamente el doble que las mejores celdas de los vehículos eléctricos actuales. El problema es cerrar la brecha entre el techo teórico y el producto fabricable.
Qué lo ha estado frenando realmente
El principal desafío de fabricación es la interfaz entre el electrolito sólido y los electrodos. En una celda con electrolito líquido, este llena de manera uniforme los huecos microscópicos entre las partículas del electrodo. Un electrolito sólido no puede hacer esto sin una presión enorme (para forzar el contacto físico) o sin depositar películas extremadamente delgadas a gran escala (lo cual es lento y costoso). Durante la carga, el litio metálico se deposita de forma desigual sobre el ánodo, creando estructuras llamadas dendritas que atraviesan el electrolito sólido y finalmente provocan un cortocircuito en la celda.
El enfoque de QuantumScape utiliza un separador cerámico delgado sin ningún material de ánodo durante el ensamblaje inicial: el ánodo de litio metálico se forma in situ durante la primera carga. Esto elimina el problema de inicio de dendritas en la superficie del ánodo y permite una celda muy delgada. La empresa ha demostrado celdas que superan los 1000 ciclos con una retención del 80 % de la capacidad a velocidades de carga rápida, lo que publicó en forma revisada por pares en Nature Energy en 2022. El obstáculo ha sido escalar este proceso: la línea pre-piloto QS-0 de QuantumScape ha estado produciendo celdas de muestra desde finales de 2023 para pruebas de calificación automotriz con el Grupo Volkswagen, su inversor principal. Se espera la calificación completa de producción en 2025, y la fabricación de alto volumen requerirá una instalación separada y un cronograma propio.