Baterías de estado sólido: ¡están en todas partes! ¡Están por todas partes!

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De repente, las baterías de estado sólido, la tecnología que se supone que nos da vehículos eléctricos de menor precio con más autonomía y tiempos de carga más rápidos, son como Chicken Man. ¡Están por todas partes! ¡Están por todas partes! Las baterías de iones de litio convencionales utilizan un electrolito semilíquido entre el ánodo y el cátodo. Ese electrolito puede incendiarse o explotar si se calienta demasiado o si se perfora la batería.

Las baterías de estado sólido reemplazan el electrolito semilíquido con una sustancia sólida que es mucho más tolerante a altas temperaturas y menos susceptible a daños en caso de colisión. En el laboratorio, tienen una mayor densidad de energía, pueden cargarse más rápido y pesan menos que las baterías de iones de litio tradicionales. No solo cuestan menos, pueden requerir sistemas de enfriamiento más simples y menos costosos y podrían permitir a los fabricantes de automóviles prescindir de las pesadas jaulas de seguridad de calidad de bóveda de banco que se usan hoy en día para evitar daños a las baterías de tracción en caso de una colisión. Esos dos factores por sí solos podrían reducir el costo de fabricación de vehículos eléctricos, haciéndolos asequibles para más conductores.

Hay teoría y luego está la realidad. Lo que funciona en el laboratorio puede no traducirse fácilmente en producción comercial. A pesar de la alta tecnología que son las celdas de batería actuales, el proceso de fabricación utilizado para fabricarlas se remonta a los días de 8 pistas y casetes. Las máquinas que aplican el electrolito semilíquido para celdas de batería hoy en día tienen su origen en las máquinas de rollo a rollo que aplicaban un recubrimiento de óxido férrico a la cinta de plástico. Cualquier producto nuevo que emplee técnicas de fabricación existentes tiene una mayor probabilidad de éxito que uno que requiere que todo el equipo de producción antiguo sea desechado y reemplazado por máquinas nuevas.

En lo que va de esta semana, y solo es viernes, hay anuncios de Ford, BMW, Toyota y Solid Power que afirman que la tecnología de baterías de estado sólido está a la vuelta de la esquina. Aquí está lo último.

Colaboración Ford / BMW con Solid Power

Celda de metal de litio de estado sólido de 22 capas y 20 Ah en comparación con la celda de primera generación de 10 capas y 2 Ah de la compañía. Crédito: Poder sólido

Durante los últimos años, tanto Ford como BMW han invertido en Solid Power con sede en Colorado. en un presione soltar Con fecha del 10 de diciembre, la compañía dijo que ahora está produciendo baterías de metal de litio de estado sólido multicapa de 20 amperios hora. Las celdas de 22 capas y 330 Wh / kg tienen una densidad de energía más alta que cualquier batería de iones de litio disponible comercialmente fabricada en la actualidad según la compañía. Dice que espera que sus baterías superen los 400 Wh / kg para 2022.

Son buenas noticias, pero aquí está la parte emocionante. Las celdas de estado sólido de energía sólida se pueden fabricar a escala comercial utilizando equipos de producción rollo a rollo de iones de litio estándar de la industria. Las celdas de 20 Ah están siendo validadas actualmente por los socios automotrices de Solid Power, incluidos Ford y BMW. Otros inversores de la empresa son Hyundai, Volta Energy, Solvay y Samsung. Solid Power ya ha enviado más de 400 prototipos de celdas de estado sólido a partes externas para la validación independiente del rendimiento y espera comenzar el proceso formal de calificación automotriz con celdas de batería de estado sólido de mayor capacidad a principios de 2022.

“Solid Power ha demostrado que todo nuestro diseño de celda de estado sólido se puede producir utilizando procesos escalables en equipos de iones de litio estándar de la industria, y las primeras celdas prototipo multicapa que utilizan un diseño de celda altamente conservador ya han superado el rendimiento energético de las celdas de iones de litio actuales, ”Dice el CEO y cofundador Doug Campbell. “La prueba de una ampliación exitosa es clave para aprovechar el potencial de cualquier tecnología de baterías de próxima generación, razón por la cual la compatibilidad rollo a rollo de iones de litio ha sido nuestra misión desde el primer día”.

Aquí hay algunas especificaciones para que las considere:

  • -10 ° C funcionamiento
  • 50% de carga rápida en 15 minutos a temperatura ambiente
  • Espesor del separador tan bajo como 25 micrones

Cuando se trata de la duración de la batería, la compañía dice que sus celdas de estado sólido son capaces de alcanzar velocidades de descarga continuas de hasta 5 ° C. Sus primeras celdas de bolsa de 10 capas y 2 Ah muestran ciclos tempranos estables a casi temperatura ambiente, mientras que las celdas de bolsa de doble capa correspondientes ya han superado los 250 ciclos estables. Se anticipan más avances. La transición de los nuevos electrolitos, aglutinantes y diseños de electrodos de la compañía a la línea de producción continua de rollo a rollo dará como resultado mejoras en la energía específica, la densidad de energía, la vida útil del ciclo y las tasas de carga, y culminará en una demostración de celda a escala completa al final de 2021.

“Solid Power está demostrando que una plataforma totalmente de estado sólido puede sobresalir en entornos que van desde temperaturas bajo cero hasta 70 ° C con una química inherentemente más segura que está libre de líquidos o geles inflamables”, dijo Josh Buettner-Garrett, director de tecnología de la compañía. . “Solid Power ahora ha demostrado la viabilidad de las celdas de gran formato producidas en el mismo equipo que se usa para el ion de litio convencional y estamos entusiasmados de impulsar el rendimiento aún más a medida que avanzamos hacia la calificación automotriz”.

Toyota

Después de que criticamos a Toyota dos veces esta semana por su tibia aceptación de la revolución de los vehículos eléctricos, la compañía anunció el jueves que está teniendo éxito con su propio programa de baterías de estado sólido. De acuerdo a Nikkei AsiaToyota planea ser la primera empresa en vender un vehículo eléctrico equipado con una batería de estado sólido y dará a conocer un prototipo el próximo año. Curiosamente, el centro de medios global de la compañía no menciona esta noticia.

los Nikkei Asia La cuenta ensalza las virtudes de las baterías de estado sólido, pero no proporciona detalles técnicos sobre ninguna batería en desarrollo por Toyota. Dice que tales baterías se pueden recargar en 10 minutos (tal vez) y tienen un riesgo reducido de incendios. Agrega que los vehículos eléctricos que está desarrollando Toyota tendrán el doble de autonomía que un vehículo que usa una batería de iones de litio convencional en las mismas condiciones sin sacrificar el espacio interior. Alrededor de Electronia jacuzzi y sushi bar esta mañana, la sensación general fue que esta es una charla más feliz de Toyota. Baste decir que somos escépticos.

Pero se dice que Toyota tiene más de 1,000 patentes de baterías de estado sólido y ya ha convencido a Mitsui Mining and Smelting de crear una instalación piloto para fabricar electrolitos sólidos para sus baterías. Si la investigación está teniendo un impacto en la cadena de suministro de Toyota, eso es una señal de que las cosas se están poniendo serias. La planta piloto debería poder proporcionar suficientes electrolitos para comenzar a fabricar prototipos de baterías el próximo año. Se dice que el gobierno japonés está trabajando para asegurar el acceso a suministros suficientes de litio para el incipiente sector de fabricación de automóviles eléctricos del país.

El Take Away

Esta misma semana, QuantumScape anunció que su tecnología de batería de estado sólido avanza muy bien. Ahora Solid Power y Toyota dicen que pueden ver el día en que las baterías de estado sólido estén en producción general no está muy lejos. Para los propietarios de vehículos eléctricos, todas estas noticias se suman a la sensación de que hay en el horizonte autos eléctricos más livianos, menos costosos, con más autonomía y tiempos de carga más cortos. ¡No podemos esperar!

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