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Principio de la batería de estado sólido

1990
Montaje de baterías de estado sólido en un laboratorio de tecnología de materiales.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Las baterías de estado sólido reemplazan el electrolito líquido o de gel de polímero de las baterías convencionales con un material sólido conductor de iones, como una cerámica o un polímero sólido. Este diseño tiene como objetivo mejorar la seguridad eliminando los electrolitos líquidos inflamables y aumentar la densidad de energía y esperanza de vida al permitir el uso de ánodos de alta capacidad, particularmente puros litio metal.

La principal innovación de una batería de estado sólido reside en el electrolito sólido. Este componente debe cumplir la compleja doble función de ser un excelente conductor de iones y, al mismo tiempo, un aislante eléctrico perfecto para evitar cortocircuitos internos. Los investigadores están explorando diversas clases de materiales, entre los que se incluyen cerámicas cristalinas inorgánicas (por ejemplo, LLZO tipo granate – Li₇La₃Zr₂O₁₂), cerámicas vítreas amorfas y polímeros sólidos.

La principal motivación es la seguridad. Las baterías de iones de litio convencionales utilizan electrolitos líquidos orgánicos inflamables, que pueden tener fugas e incendiarse en caso de daño o mal funcionamiento, un fenómeno conocido como fuga térmica. Un electrolito sólido e ininflamable mitiga inherentemente este riesgo. Más allá de la seguridad, el electrolito sólido es un factor clave para los materiales de ánodo de nueva generación. El ánodo definitivo es litio metálico puro, que ofrece la mayor densidad energética teórica. Sin embargo, en los electrolitos líquidos, el litio metálico tiende a formar estructuras aciculares llamadas dendritas durante la carga. Estas dendritas pueden crecer a través del separador, provocar un cortocircuito en la celda y provocar un incendio.

Un electrolito sólido mecánicamente robusto puede actuar como barrera física, inhibiendo el crecimiento de dendritas y permitiendo el uso seguro de un ánodo de litio metálico. Esto podría dar lugar a baterías con una densidad energética significativamente mayor (mayor autonomía para un vehículo eléctrico) y una vida útil más larga. Los principales desafíos siguen siendo lograr una alta conductividad iónica a temperatura ambiente, mantener interfaces estables entre el electrolito sólido y los electrodos durante los cambios de volumen y desarrollar procesos de fabricación rentables.

UNESCO Nomenclature: 3319
Tecnología de materiales

Tipo

Dispositivo físico

Ruptura

Revolucionario

Uso

Tecnología emergente

Precursores

  • Descubrimiento de la conductividad iónica en materiales sólidos por Michael Faraday
  • Desarrollo de la química de las baterías de iones de litio y de los materiales de los electrodos
  • Avances en la ciencia cerámica y técnicas de deposición de películas delgadas
  • Comprensión teórica del transporte de iones en sólidos

Aplicaciones

  • marcapasos y otros dispositivos médicos implantables
  • Etiquetas RFID y tarjetas inteligentes
  • sensores portátiles
  • vehículos eléctricos de próxima generación (en desarrollo)
  • sistemas aeroespaciales y de defensa

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: batería de estado sólido, electrolito sólido, densidad de energía, ánodo de litio metálico, seguridad de la batería, electrolito cerámico, dendritas, LLZO.

Contexto histórico

Principio de la batería de estado sólido

1987
1989
1990
1990
1990
1990
1990
1986
1987-03
1990
1990
1990
1990
1990
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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