Una startup con sede en Orlando ha desarrollado unas nuevas técnicas de fabricación que podrían mejorar la estabilidad y la duración de las baterías usadas en vehículos eléctricos. Planar Energy, una spin-off del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés), está trabajando en el escalado de las baterías de estado sólido de iones de litio.

Las baterías convencionales, que normalmente utilizan un electrolito líquido, pueden sufrir reacciones químicas indeseadas que dañan el cátodo de la batería. Sustituyendo el electrolito líquido por un conductor iónico sólido se puede mejorar la estabilidad y la vida de la batería, y también permite que las baterías sean más pequeñas porque no se requiere ningún componente adicional para mantener la estabilidad. Los electrolitos sólidos también son compatibles con una gama más amplia de química de baterías que potencialmente podría ofrecer una mayor potencia o densidad de almacenamiento.

Sin embargo, las baterías de estado sólido son caras de fabricar y han sido difíciles de escalar hasta el tamaño necesario para ordenadores portátiles o vehículos. Al igual que otros dispositivos de estado sólido, las baterías de estado sólido normalmente se fabrican mediante métodos complejos y costosos basados en técnicas de deposición al vacío. La deposición al vacío limita el grosor de las baterías de estado sólido, que a su vez, limita su capacidad de almacenamiento de energía. Por lo que el uso de estas baterías de película fina ha sido limitado a dispositivos pequeños.

Los esfuerzos para utilizar procesos de impresión para hacer baterías de estado sólido más gruesas se han visto obstaculizados por la falta de un material de electrolitos sólidos imprimible (los electrodos impresos por lo general deben combinarse con un electrolito líquido para llevar a los iones de un lado a otro durante la carga y recarga).

Planar Energy ha desarrollado un proceso de rollo a rollo para la fabricación de baterías sólidas de iones de litio más grandes. La empresa, que recibió esta primavera 4 millones de dólares en fondos del programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Energía, afirma que puede imprimir baterías sólidas que ofrecen tres veces más almacenamiento que las baterías líquidas de iones de litio del mismo tamaño. Este aumento en el almacenamiento de energía es posible sobre todo porque las baterías sólidas de la empresa no requieren muchas de las estructuras y materiales de apoyo que ocupan espacio en las baterías convencionales, dejando más espacio para almacenamiento de energía.

Planar Energy espera reducir los costes de capital a la mitad en comparación con la fabricación de baterías de estado sólido utilizando maquinaria de alto vacío. Además, la empresa asegura que sus procesos se pueden utilizar para fabricar células lo suficientemente grandes para alimentar vehículos eléctricos.

"Son capaces de fabricar un electrolito sólido mediante un proceso de rollo a rollo--ésa es su punto fuerte", señala Sudipta Seal, director del Centro de Procesamiento y Análisis de Materiales Avanzados de la Universidad de Florida Central. El centro de Florida ha verificado independientemente la conductividad del electrolito de Planar Energy, que es tan alta como la de los electrolitos líquidos utilizados en las baterías de iones de litio actuales. "Los datos muestran que el rendimiento de los materiales es muy bueno", indica Seal.

La clave de la tecnología de Planar es su proceso de impresión, indica Scott Faris, su director general. La ventaja de la deposición al vacío es que es posible fabricar películas de muy alta calidad, que dan lugar a materiales con mayor conductividad. Normalmente, esta calidad de la película es difícil de igualar con los procesos de rollo a rollo.

Faris señala que el proceso de Planar está impulsado por el autoensamblado químico. A medida que los precursores químicos fluyen por la superficie de un metal o sustrato laminado plástico, reaccionan entre sí para formar una red de nanopartículas. La empresa ha adaptado esta química de autoensamblado para hacer tanto los electrodos como el electrolito.

"Estas baterías tienen muchos de los mismos atributos que las baterías de película fina, pero pueden ser empaquetadas en grandes formatos", señala Roland Pitts, científico senior del NREL quien ha aceptado formar parte de la empresa. Planar Energy está desarrollando tres químicas de baterías diferentes. Una de ellas combina el óxido de litio y manganeso con otros iones, y opera a entre tres y cinco voltios con una capacidad de carga de 200 miliamperios hora por gramo. Pitts destaca que ésta se compara favorablemente con el óxido de cobalto y litio--una química de baterías de alta energía y alta potencia que se encuentra actualmente en el mercado.

Faris indica que la compañía planea construir su línea piloto el próximo año, y comenzará por la fabricación de baterías para dispositivos electrónicos portátiles para probar la viabilidad de las baterías impresas de estado sólido. A largo plazo, señala él, las baterías sólidas tienen el potencial de escalar hasta baterías de automóviles. "Queremos dejar atrás las tecnologías actuales y empujar hacia algo mejor", destaca Pitts sobre los objetivos de Planar.