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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.

(generate image for illustration only)

Solid-state batteries replace the liquid or polymer gel electrolyte of conventional batteries with a solid, ion-conducting material, such as a ceramic or solid polymer. This design aims to improve safety by eliminating flammable liquid electrolytes and to increase energy density and esperanza de vida by enabling the use of high-capacity anodes, particularly pure litio metal.

The core innovation of a solid-state battery is the solid electrolyte. This component must fulfill the challenging dual role of being an excellent conductor for ions while being a perfect electrical insulator to prevent internal short circuits. Researchers are exploring several classes of materials, including inorganic crystalline ceramics (e.g., garnet-type LLZO – Li₇La₃Zr₂O₁₂), amorphous glassy ceramics, and solid polymers.

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
– Materials technology

Tipo

Dispositivo físico

Disrupción

Revolucionario

Utilización

Emerging Technology

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
  • wearable sensores
  • vehículos eléctricos de próxima generación (en desarrollo)
  • sistemas aeroespaciales y de defensa

Patentes:

NA

Posibles ideas innovadoras

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