Rising Star: Commercial Advancements & Developments of SSB

Rising Star: Commercial Advancements & Developments of SSB
Crece la popularidad de las pilas de estado sólido
 
El anuncio realizado por Toyota de que contaba con un "avance tecnológico" para resolver los problemas de durabilidad y "una solución para los materiales" de una batería de estado sólido (SSB) que alimentará los vehículos eléctricos en julio de 2023 ha desencadenado otra oleada de interés por las SSB, que se suma a los continuos esfuerzos de empresas como BMW, CATL, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, LG, Mercedes-Benz, Nissan, Panasonic, Samsung, Volkswagen, etc.
 
Las BLU han tenido una importancia estratégica en múltiples países y regiones. Por ejemplo, Alemania destinó 1.000 millones de euros a apoyar a un consorcio que busca producir celdas de baterías para coches eléctricos y tiene previsto financiar un centro de investigación para desarrollar baterías de estado sólido de nueva generación. En el Reino Unido, un proyecto de colaboración de 30 meses, "PowerDrive Line", desarrolla una batería de estado sólido a base de litio para VE y PHEV y establece una línea prepiloto para esta tecnología de celdas SSB. El gobierno japonés ha creado el Consortium for Lithium-Ion Battery Technology and Evaluation Center (Libtec) para impulsar la investigación sobre baterías de estado sólido. En Corea del Sur, los tres mayores fabricantes de baterías, SK Innovation, LG Chem y Samsung SDI, promueven la investigación conjunta en el campo de las baterías de nueva generación, incluidas las de estado sólido. Las empresas estadounidenses de SSB han atraído inversiones de proveedores mundiales de baterías, fabricantes de automóviles y capitales de riesgo, con continuos avances.
 
Al sustituir el electrolito líquido orgánico inflamable por el electrolito en estado sólido (SSE), las SSB permiten mejorar la seguridad y la tolerancia al abuso. El SSE también puede combinarse con un ánodo metálico de litio y un cátodo de alto voltaje, lo que puede aumentar la densidad energética. Las características especiales de los SSB permiten conectarlos en serie y en paralelo dentro de una célula, lo que da lugar a diseños de empaquetado flexibles. Además, el innovador diseño del paquete permite una mayor eficiencia de ensamblaje, lo que contribuye a aumentar aún más la densidad energética y a reducir el coste del sistema.
 
Propuestas de valor que ofrecen las baterías de estado sólido. Fuente: IDTechEx
 
Estas propuestas de valor únicas han llevado a investigadores académicos, desarrolladores de baterías, fabricantes de equipos originales de automoción, inversores y proveedores de materiales y componentes a interesarse por las SSB. Además, la fabricación convencional de baterías de iones de litio ha estado tradicionalmente dominada por los países del este asiático, con notables contribuciones de Japón, China y Corea del Sur. Sin embargo, se está produciendo un cambio significativo, ya que Estados Unidos y varias naciones europeas están compitiendo en la carrera, reorientando efectivamente la creación de valor añadido fuera de Asia Oriental, con un énfasis estratégico en el establecimiento de instalaciones de fabricación de baterías más cerca de los mercados de aplicación.
 
Este panorama en evolución está marcado por la exploración de nuevos materiales y componentes, y la reevaluación de los procesos de fabricación. Todo ello ofrece la posibilidad de reorganizar la cadena de suministro de baterías. Tanto desde el punto de vista tecnológico como empresarial, el desarrollo de las SSB ha surgido como parte de la estrategia de la próxima generación de baterías. Se ha convertido en un esfuerzo mundial caracterizado por intereses regionales y un importante apoyo gubernamental. Habrá oportunidades con nuevos materiales, componentes, sistemas, métodos de fabricación y conocimientos técnicos.
 
Principales empresas mundiales de baterías de estado sólido. Fuente: IDTechEx
 
Comercialización de las BLU
 
Los SSB basados en polímeros ya están disponibles en el mercado, como en el caso del Daimler eCitaro. Las SSB semi/híbridas/pseudo están en fase de pruebas, probando continuamente sus muestras para los fabricantes de equipos originales. Mientras tanto, las baterías cerámicas de estado sólido (ASSB) siguen en fase de desarrollo. La mayoría de las ASSB comercializadas y las que se comercializarán en breve son baterías semisólidas híbridas, lo que significa que pueden contener pequeñas cantidades de líquido o gel. En sentido estricto, no todas son baterías de estado sólido (ASSB). Desde el punto de vista del usuario final, no le importa qué tecnología se utilice, siempre que las baterías le proporcionen las prestaciones que necesita. Por lo tanto, las tecnologías semisólidas pueden actuar como una buena transición entre la tecnología SSB basada en polímeros ya comercializada y la futura tecnología SSB basada en sulfuros. A medida que las tecnologías vayan madurando, podremos pasar a las SSB sin problemas.
 
Hoja de ruta para el desarrollo de la tecnología de baterías SSB. Fuente: IDTechEx
 
Al ser el mayor mercado potencial, la automoción es el objetivo de casi todos los proveedores de BLU. Mientras tanto, las aplicaciones especializadas que requieren más tolerancia al abuso y son menos sensibles al precio pueden ser los frutos más maduros para las BLU.
 
Tamaño del mercado de baterías de estado sólido. Fuente: IDTechEx
 
Nuevos esfuerzos para la comercialización de BLU
 
El anuncio de Toyota volvió a subrayar la importancia del desarrollo continuo de materiales. Por tanto, aún es necesario seguir explorando materiales, optimizando dispositivos y estudiando los mecanismos de degradación de las baterías. Mientras tanto, el desarrollo también debe centrarse en la validación de células y el diseño de sistemas. Algunos ejemplos son el sistema célula-paquete (CTP), los sistemas de gestión térmica y los diseños mecánicos.
 
El CTP no es un concepto nuevo, y puede encontrarse en diseños basados en baterías de iones de litio, como la batería blade de BYD y los diseños CTP de CATL. El concepto CTP cobrará más importancia debido a la mayor seguridad y a la posibilidad de apilamiento bipolar de las celdas SSB. La seguridad de las baterías se traduce en un diseño más flexible del pack y en un menor número de componentes electrónicos utilizados en los módulos/packs de baterías. Por ejemplo, el diseño bipolar permite un apilamiento más estrecho y una mayor densidad energética, lo que se traduce en una densidad energética potencialmente mayor y un coste comparable a nivel de sistema.
 
El sistema de gestión térmica no puede eliminarse para las BLU, pero puede funcionar de forma que apunte a diferentes zonas de funcionamiento seguro. Por lo tanto, la temperatura ideal requerida para las BLU puede diferir de la de las baterías de iones de litio.
 
Además, hay que esforzarse más en la utilización de los equipos, la huella de la fábrica, el establecimiento de la cadena de suministro y la mejora del rendimiento de la fabricación.
El informe de IDTechEx "Baterías de estado sólido y polímero 2023-2033: tecnología, pronósticos, actores" proporciona una mayor comprensión de los mercados, actores, tecnologías, oportunidades y desafíos, con la cobertura de los siguientes aspectos:
  • Visión general de las baterías de iones de litio, diversas tecnologías de baterías de estado sólido, análisis y evaluación comparativa.
  • Calendarios y hojas de ruta tecnológicos y de fabricación
  • Métodos de fabricación
  • Análisis y previsiones del mercado
  • Análisis de costes y densidad energética
  • Análisis de la batería de estado sólido
  • Seguimiento y evaluación de la actividad de los jugadores
  • Análisis de la cadena de suministro
  • Normativa y reciclaje
 
Para más información sobre este informe, visite www.IDTechEx.com/SSB, o para consultar la cartera completa de estudios sobre almacenamiento de energía de IDTechEx, visite www.IDTechEx.com/Research/ES. IDTechEx también ofrece acceso a toda la cartera de estudios relacionados con la energía a través de servicios de suscripción personalizados: visite www.IDTechEx.com/Energy para obtener más información.
 
Este artículo pertenece a "Technology Innovations Outlook 2024-2034", una revista complementaria de artículos escritos por analistas de IDTechEx que ofrece información sobre diversos ámbitos de la innovación tecnológica, evalúa el panorama actual y ofrece perspectivas para la próxima década. Puede leer la revista completa en www.IDTechEx.com/Magazine.