La electrificación del transporte ya no es solo una idea de futuro; se ha convertido en una transformación en marcha que está redefiniendo la movilidad y acelerando la transición hacia sistemas más sostenibles y menos dependiente de los combustibles fósiles. Para que este cambio sea realmente efectivo, es fundamental disponer de sistemas de almacenamiento energético capaces de ofrecer mayor autonomía, mejores niveles de seguridad y una vida útil más prolongada, sin que ello suponga un aumento excesivo de los costes ni un retroceso en sostenibilidad. Hasta ahora, las baterías de litio-ion han sido las grandes protagonistas. Su combinación de alta densidad energética, buena estabilidad y durabilidad las ha situado en el centro del desarrollo del vehículo eléctrico. Sin embargo, la expansión acelerada de la movilidad eléctrica y la integración masiva de energías renovables están empezando a revelar sus límites. La necesidad de reducir aún más los tiempos de carga, ampliar la autonomía y reforzar la seguridad está impulsando la búsqueda de alternativas capaces de llevar el rendimiento de las baterías un paso más allá.
Baterías de estado sólido
En este contexto, las baterías de estado sólido se han consolidado como una de las líneas de desarrollo más prometedoras. La ventaja más destacada es que dejan atrás los electrolitos líquidos, compuestos por disolventes orgánicos inflamables, y los reemplazan por electrolitos sólidos, que resultan mucho más seguros y toleran mejor el estrés térmico. Este cambio supone un avance notable en seguridad. Además, abre la posibilidad de utilizar materiales más avanzados, como el litio metálico en el ánodo, que ofrece una capacidad energética muy superior a la de los materiales convencionales en base de carbón. Sin embargo, la transición hacia sistemas completamente sólidos aún está lejos de ser inmediata. Fabricar electrolitos sólidos cerámicos extremadamente finos, garantizar interfaces químicamente estables y dominar procesos de producción complejos sigue siendo un desafío tecnológico. Por esta razón, la industria está apostando por soluciones intermedias que combinan componentes líquidos y sólidos, permitiendo avanzar hacia el estado sólido sin necesidad de rediseñar por completo las líneas de producción de celdas de litio-ion actuales.
Este enfoque combinado se basa en electrolitos que inicialmente se encuentran en estado líquido y son capaces de infiltrarse completamente en los poros de los electrodos, para luego solidificarse dentro de la celda. Esta estrategia representa un paso pragmático y estratégico en la transición hacia baterías de estado sólido, ya que permite formar interfaces continuas y estables, algo que resulta mucho más difícil de conseguir con electrolitos sólidos preformados (membranas sólidas). La solidificación in situ no solo mejora la conducción iónica, sino que también minimiza espacios vacíos o irregularidades que podrían afectar la eficiencia y la seguridad de la batería. Además, esta estrategia es compatible con los procesos industriales ya existentes en la producción de baterías de litio-ion, lo que facilita su integración y reduce los costes y complicaciones asociados. Gracias a esta combinación de realismo industrial y avance tecnológico, las arquitecturas semi-estado-sólido, semi-SSB en inglés, están emergiendo como una alternativa sólida para mejorar el rendimiento de las baterías en aplicaciones de movilidad eléctrica y almacenamiento estacionario.
La familia de celdas Gen4a
En este contexto, en CIDETEC Energy Storage trabajamos en el desarrollo de dos familias de celdas de tipo semi-SSB que aportan ventajas complementarias. La primera (Gen4a) aprovecha la tecnología de litio-ion, utilizando una arquitectura electroquímica ya conocida, con grafito en el ánodo y materiales activos tipo LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1) en el cátodo, pero incorporando un electrolito híbrido (sal de litio + carga inorgánica + polímero + disolvente) que se convierte en sólido mediante un proceso de polimerización in situ después del ensamblaje. Este proceso uniformiza la interfaz interna y reduce la resistencia de contacto, además de ser compatible con electrodos de alta densidad de carga sin requerir presiones elevadas durante el ensamblaje. En conjunto, esta aproximación ofrece estabilidad, seguridad y facilidad de fabricación, lo que la hace especialmente adecuada para su implementación industrial a corto plazo. Los prototipos de celda desarrollados en formato pouch de 5 Ah han mostrado un rendimiento estable durante cientos de ciclos: se han alcanzado hasta 300 ciclos con un 80 % de capacidad retenida bajo un protocolo de testeo de 0,33C/0,33C a 25 °C. Las densidades energéticas de estas celdas, alrededor de 240 Wh/kg y 700 Wh/L, se sitúan en niveles comparables a los de las baterías comerciales más avanzadas. Además, la tecnología ha sido ya escalada a prototipos de 25 Ah manteniendo sus buenas prestaciones, consolidando su papel como una tecnología puente hacia sistemas de estado sólido más sofisticados.
La familia de celdas Gen4b
La segunda línea (Gen4b) de desarrollo explora la integración de litio metálico como ánodo, un material cuya capacidad específica es muy superior a la del grafito y que permitiría incrementar de forma notable la densidad energética de las celdas. El uso de litio metálico con electrolitos líquidos presenta desafíos importantes, como la formación de dendritas y la inestabilidad de la interfaz, pero las arquitecturas semisólidas ofrecen un entorno más rígido y seguro para la deposición del litio. La polimerización in situ del electrolito mejora el contacto con el cátodo y contribuye a una mayor durabilidad del sistema. Los prototipos desarrollados en esta línea, basados en un electrolito gel-polimérico, han mostrado un comportamiento electroquímico prometedor a temperatura ambiente. En pruebas realizadas sobre celdas tipo pouch de 4,6 Ah, se han alcanzado densidades energéticas gravimétricas y volumétricas del orden de 350 Wh/kg y 1000 Wh/L, respectivamente, valores notablemente superiores a los de las baterías de litio-ion convencionales y muy atractivos para aplicaciones que demandan gran autonomía, como los vehículos eléctricos de largo recorrido.
Un salto cualitativo robusto
La evolución hacia baterías de estado sólido no solo es un reto técnico, sino también un proceso en el que la química y la ingeniería deben avanzar de manera coordinada para ofrecer soluciones eficientes, asequibles, sostenibles y seguras. En este sentido, las arquitecturas semi-SSB representan un paso decisivo para acelerar esta transición. Por un lado, la variante basada en litio-ion ofrece una opción robusta, compatible con la industria actual y capaz de mejorar el rendimiento sin elevar los costes. Por otro, la versión basada en litio metálico abre la puerta a un salto cualitativo en densidad energética. Juntas, ambas tecnologías constituyen un camino realista hacia las baterías de estado sólido del futuro, un camino que permitirá desarrollar sistemas de almacenamiento más seguros y duraderos, reforzando al mismo tiempo la competitividad tecnológica de la industria y contribuyendo al avance global hacia una movilidad verdaderamente sostenible.
Sobre los autores: Dra. Mónica Cobos, investigadora del equipo de baterías de estado sólido, y Dr. Andriy Kvasha, líder del equipo de estado sólido en CIDETEC Energy Storage.
Sobre CIDETEC Energy Storage: Es una organización de investigación y desarrollo especializada en tecnologías avanzadas de baterías, que diseña, desarrolla y testea las baterías del futuro desde hace 30 años. Su experiencia abarca toda la cadena de valor. CIDETEC es miembro de Basque Research and Technology Alliance (BRTA).
Basque Research & Technology Alliance (BRTA) es una alianza que se anticipa a los retos socioeconómicos futuros globales y de Euskadi y que responde a los mismos mediante la investigación y el desarrollo tecnológico, proyectándose internacionalmente. Los centros de BRTA colaboran en la generación de conocimiento y su transferencia a la sociedad e industria vascas para que sean más innovadoras y competitivas. BRTA es una alianza de 17 centros tecnológicos y centros de investigación cooperativa y cuenta con el apoyo del Gobierno Vasco, SPRI y las Diputaciones Forales de Araba, Bizkaia y Gipuzkoa.
