Català
Español
English
Si bé és cert que cada vegada apareixen models de cotxes elèctrics molt competitius, perquè la mobilitat elèctrica sigui una realitat, les autonomies que ofereixen els vehicles elèctrics haurien de ser encara majors.
Precisament la innovació en el desenvolupament de bateries serà clau en la popularització dels cotxes elèctrics. Es tracta d’una meta que persegueix la Unió Europea en la seva agenda per complir els seus objectius de descarbonització el 2050. Varis informes estimen que, a partir del 2030, només s’haurien de vendre aquest tipus d’automòbils al territori comunitari per poder limitar l’escalfament global 1,5 ºC.
El cost de les bateries dels cotxes elèctrics suposa un terç del preu final del vehicle i, a més a més, les actuals són inestables, perden propietats amb el pas del temps i són difícilment reciclables.
L’evolució de les bateries ha transcorregut en dos sentits: augmentar la seva capacitat i fer-ho intentant contenir al màxim el seu pes per optimitzar l’ús de l’energia. Un desenvolupament que, en el cas de les bateries dels cotxes elèctrics, té un nom: ions de liti. De fet, és la tecnologia predominant en aquests automòbils, encara que ja es comença a parlar de bateries d’estat sòlid, que podrien arribar a proporcionar encara més autonomia i temps de recàrrega sensiblement inferiors
De fet, aquestes últimes són una evolució de les primeres, que utilitzen una tecnologia que ja gairebé no ens deixa marge per continuar desenvolupant les seves prestacions. El liti segueix sent l'element químic central en les bateries que proposa, però, a diferència de les bateries de ions de liti que utilitzem massivament avui dia, utilitza un electròlit en estat sòlid, i no en estat líquid, la matèria conductora entre l’ànode o pol positiu i el càtode o pol negatiu és una matèria sòlida. D'entrada pot no semblar gran cosa, però aquest canvi desencadena uns avantatges enormes que, sobre el paper, marcaran la diferència en el mercat de les bateries.
Les actuals bateries d’ió liti
Per una banda, la bateria d’ió liti està formada per dos elèctrodes; el càtode i l’ànode, que estan dividits per un separador, integrats en una cel·la i immersos en l'electròlit, un líquid conductor que fa reaccionar de forma química els ions necessaris entre els elèctrodes. I la combinació de múltiples cel·les forma la bateria.
Doncs bé, quan arranquem el nostre vehicle s’activen aquestes reaccions químiques que posen en marxa la circulació de ions entre elèctrodes, produint així electrons, traspassant-se als borns de la bateria i generant energia. I quan recarreguem la bateria, les partícules circulen en la direcció contrària i es produeix l’efecte invers.
Com ja sabem, aquestes bateries tenen una vida útil limitada d’entre 8 i 10 anys, el que equival a uns 3.000 cicles de recàrrega complerts. Això es deu a que les bateries de ions de liti, amb el temps, és a dir amb els cicles de vida (càrrega i descàrrega), el liti líquid es va solidificant menjant de pas el separador entre l'ànode i el càtode creant dendrites. Aquestes dendrites provocaran una caiguda de les prestacions de la bateria i en els casos extrems provocar un sobreescalfament, un curt circuit i fins i tot una explosió.
En comparació amb les bateries tradicionals de liti, la diferència de bateria de liti sòlid es troba en l'electròlit sòlid, que té alguns avantatges en la teoria
- Alt rendiment de seguretat: L'electròlit líquid conté una solució orgànica inflamable, és fàcil cremar i explotar quan la temperatura del curtcircuit augmenta bruscament, per la qual cosa cal instal·lar l'estructura del dispositiu de seguretat d'augment anti-temperatura i anti-curtcircuit. I l'electròlit sòlid és no inflamable, no corrosiu, no volàtil, sense problema de fuites, també supera el problema de la dendrita de liti, de manera que la bateria d'estat sòlid té una seguretat molt alta.
- Alta densitat energètica Utilitzar un compost sòlid en les cel·les permet disposar d’una densitat energètica major, cosa que es tradueix en una capacitat major d’emmagatzematge d’energia. Aquest tipus de bateries serien capaces d'emmagatzemar fins a tres i inclús cinc vegades més energia que les seves equivalents bateries d’ió de liti. Per tant, això significa que permeten autonomies molt superiors.
- La massa és relativament lleugera: El punt central és que no és necessari utilitzar elèctrodes negatius de grafit intercalats per liti, sinó utilitzar directament el liti metàl·lic com a elèctrode negatiu, la qual cosa pot reduir significativament el material d'elèctrodes negatiu La quantitat d'energia pot augmentar significativament la densitat energètica de tota la bateria.
El segon avantatge és prim. En les bateries tradicionals d'ions de liti es requereixen separadors i electròlits, que junts representen gairebé el 40% del volum de la bateria i el 25% de la seva massa. I si són substituïts per electròlits sòlids (principalment materials ceràmics orgànics i inorgànics), la distància entre els elèctrodes positius i negatius (tradicionalment plens d'electròlit de diafragma, ara plens d'electròlits sòlids) es pot escurçar fins a unes quantes vegades una dotzena de micròmetres, de manera que el gruix de la bateria es pot reduir enormement, de manera que la tecnologia de bateries de tot l'estat sòlid és l'única manera de miniaturitzar i fina bateries.
- Bon rendiment del cicle L'electròlit sòlid resol el problema de la pel·lícula d'interfície d'electròlits sòlids formada per electròlits líquids durant la càrrega i descàrrega i el fenomen de la dendrita de liti, que millora en gran mesura la circularitat i la vida útil de les bateries de liti. També redueixen el drenatge passiu (la descàrrega de la bateria quan no és utilitzada).
- Preu de cost més econòmic – reducció del preu Al substituir l'electròlit líquid, volàtil, inflamable i corrosiu, per un polímetre plàstic que pot funcionar a temperatura ambient, es redueixen els costos de producció. Permet prescindir de molts dels sistemes de seguretat que requereixen les bateries actuals, de manera que s'abarateixen els costos.
També s'eliminen el sistema de refredament i el sistema de contenció de líquids, el que simplifica el disseny de les cel·les, els mòduls i el paquet complet de bateria. Aquesta simplicitat facilita l'automatització de el procés de producció de manera que totes les cel·les es poden fabricar a escala comercial
El futur d’aquesta tecnologia?
Un estudi del MIT treballa també amb el disseny d’un ànode de metall fet de liti pur.
Més d’un fabricant ja ha començat a apostar per aquest tipus de tecnologia i inclús en desenvolupar la seva pròpia patent, com John B. Goodenough i Samsung. Toyota, Porsche, BMW, Fisker, Hyundai, General Motors, Honda, Nissan, Daimler i Volkswagen són exemples de marques que ja estan invertint en el seu desenvolupament.
Un fabricant taiwanès de bateries va anunciar en un certamen un acord amb diferents fabricants d’automòbils per instal·lar les noves bateries d’estat sòlid d’alt voltatge amb electròlit ceràmic (basades en la tècnica MAB, Multi Axis BiPolar+) als seus cotxes elèctrics
Hi ha qui apunta que el futur de la bateria d’estat sòlid serà utilitzant silici en comptes de cristall, altres que el més prometedor és utilitzar vidre a base de sodi (sal), per ser un material molt comú a la terra i de baix impacte mediambiental.
L'electròlit sòlid és una de les direccions futures de la tecnologia de la bateria. Encara que encara hi ha un llarg camí per recórrer en termes de materials electròlits, cost i tecnologia, més empreses de la indústria de la bateria segurament invertiran en ell davant del seu enorme espai de valor comercial. Amb el desenvolupament de la tecnologia, el ritme d'industrialització de bateries d'estat sòlid serà més proper a nosaltres.
Les piles d'estat sòlid són la tecnologia de bateries d'última generació que és la més propera a les aplicacions comercials, i aportarà noves explosions i garanties tècniques clau per a la nova indústria energètica en el futur.