Batería totalmente de estado sólido: ¿Podría Nissan llegar primero?

Cuando Nissan anunció que estaba creando prototipos de baterías totalmente de estado sólido, la noticia contenía un ambicioso calendario para empezar a producir de forma piloto las ASSB en 2024 y alimentar un VE de serie en 2028. En una llamada de seguimiento, Nissan detalló los fundamentos de su tecnología, al tiempo que reivindicaba avances que parten de una ventaja que, de hecho, tienen menos fabricantes de automóviles.

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Sin duda, las baterías de estado sólido son la próxima barrera a romper. Volkswagen y Mercedes, ahora Honda y primero Toyota, las han aclamado como el santo grial. "El primer fabricante de automóviles que lleve las baterías de estado sólido a la producción en serie disfrutará de una ventaja competitiva crucial", afirmó Thomas Schmall, director general de Volkswagen Group Components, en declaraciones a Porsche Consulting la semana pasada. "Esperamos nuestras primeras plantas piloto en 2025 o 2026", dijo.

Es decir, uno o dos años más tarde de lo que pretende Nissan. La empresa japonesa quiere poner en marcha una línea de producción piloto en Yokohama en 2024, antes también que Toyota. La empresa había mantenido la posición de liderazgo en baterías de estado sólido, pero recientemente admitió que tampoco llegarían antes de 2025 o 2026.

Sin embargo, Nissan parece estar trabajando actualmente a marchas forzadas y con precisión para desarrollar internamente una batería totalmente de estado sólido. Aquí radica uno de los argumentos más sólidos para que Nissan esté entre los primeros. La mayoría de los demás fabricantes de automóviles confían en socios externos. Volkswagen confía en QuantumScape; Prologio acaba de desvelar una batería real que alimente los LEV de Gogoro, mientras que Toyota está pensando en asociarse con Pansonic para compartir la carga de la inversión.

La promesa en todos los casos: mayor autonomía, menor coste, mayor densidad energética y potencia de carga, y mayor libertad de diseño. Y, añade Nissan, una mayor variedad de materiales para emparejar como cátodo, ánodo, electrolito y separador, lo que hace que las baterías de estado sólido sean más complejas y prometedoras.

Es en la viabilidad de la combinación de materiales y la escalabilidad de la producción en lo que Nissan se está centrando en sus laboratorios de la prefectura de Kanagawa (Japón). O cuenta con poderosos socios que informan la investigación desde el extranjero. Según Kazuhiro Doi, vicepresidente corporativo de Nissan, la NASA y la Universidad de California en San Diego se han encargado de probar combinaciones de cientos de miles de materiales. Doi, que dirigió la llamada desde Japón, compartió que Nissan y la NASA utilizan la "plataforma informática de materiales originales", una base de datos informatizada. También mencionó una IA que había dado resultados de acoplamientos de materiales de una potencia sin precedentes.

Aunque no quiso entrar en todos los detalles químicos, el electrolito sólido elegido por Nissan es a base de sulfuro y presenta una alta conductividad iónica. Tan alta, de hecho, que tiene lo que se denomina un mecanismo de "salto", lo que significa que los iones se mueven más rápido que los disolventes.

Doi, en su presentación, volvería a menudo sobre la conductividad, es decir, la velocidad y la facilidad con la que los iones se mueven entre el cátodo y el ánodo durante la carga y la descarga reales. Uno de los obstáculos de las investigaciones anteriores era que los electrolitos sólidos presentaban una conductividad iónica menor que sus homólogos líquidos. O, en palabras sencillas de Doi: "Cuanto menor sea la resistencia del electrolito, mayor será el rendimiento y menor el tiempo de carga".

Selección del material, rendimiento del material y control de precisión de cada capa

Con mejores electrolitos sólidos, se hace evidente otra ventaja. Las reacciones secundarias entre los materiales disminuyen en comparación con los disolventes líquidos, lo que permite una elección más amplia de materiales para el cátodo y el ánodo. El objetivo para Nissan (como para otros) es entonces elegir materiales más ampliamente disponibles que, por ejemplo, el cobalto, todo ello optimizando el rendimiento de los materiales.

En cuanto al ánodo y el cátodo, no quedó claro en qué estaba trabajando Nissan, aunque en una presentación se enumeraron el grafito, el silicio y el li-metal para el ánodo en orden de aumento de la densidad energética. ProLogium, por ejemplo, está desarrollando baterías de estado sólido de cerámica de litio con ánodos de silicio y ánodos de metal de litio.

Una vez más, cue en la antes mencionada biblioteca de materiales de la NASA. Los niveles de investigación parecen ya profundos, con Nissan sondeando revestimientos protectores para los cátodos y ánodos del prototipo con el fin de optimizar la vida útil de las baterías bajo la amenaza constante del envejecimiento.

Dicha degradación es un reto para cualquier batería, pero Nissan afirmó estar a punto de lograr un avance real. Como explicó Doi, la formación de dendritas es uno de los principales factores del envejecimiento de las baterías. Doi tomó el ánodo para pintar el cuadro: allí, la dendrita de litio se produce en forma de "agujas" que rompen el separador entre el ánodo y el electrolito sólido. Esta ruptura puede provocar cortocircuitos. Por lo tanto, el ánodo necesita una capa protectora que no debe interferir con la conductividad de los iones y evitar la dendrita. Fue aquí donde Nissan afirma que la IA de la NASA proporcionó resultados más allá de las expectativas; aun así, la investigación estaba en curso, por lo que Doi, que tampoco quiso revelar qué combinación exacta de materiales parecía tan prometedora.

Para el cátodo, Nissan colabora con la UC San Diego. Una vez más, las repetidas cargas y descargas a lo largo del tiempo deterioran el cátodo, en este caso, formando una capa de residuos alrededor del material activo que impide que los iones se muevan con fluidez. Del mismo modo, se necesita una capa protectora, aunque no está claro si ya la han encontrado.

Sea cual sea el material, todas las interfaces en su interior requieren estabilidad, que según Doi, se crea mediante una presión superficial uniforme. También están estudiando la cuestión con la Universidad de Purdue. Al mismo tiempo, Nissan señaló que tenían experiencia en la producción de baterías no sólidas, que también requieren una presión igual.

Éste es también el fundamento de su principal argumento: "La estructura fundamental de una batería de estado sólido es la misma que la de una batería de iones de litio con electrolito líquido", así Doi. Y, por lo que supone, la producción también es similar. En esto le secundó Kenzo Oshihara, encargado de la ingeniería de producción de baterías de estado sólido como director general adjunto. "El proceso de diseño de las baterías líquidas y las sólidas es el mismo", dijo antes de hablar a través de un vídeo que mostraba una línea de producción altamente automatizada.

De cara al futuro, ¿es realista una producción en serie puntual?

Cuando más tarde indagamos para saber cuál era la posición real de Nissan en la mesa redonda, Oshihara respondió: "Construimos una batería de pequeño tamaño para comprobar el rendimiento, así que ya están probadas. Ahora es el momento de ampliar el tamaño". Aún así, es un gran reto pasar finalmente del tamaño actual de moneda a prensar 27 celdas por módulo.

De nuevo Oshihara: "Tenemos un estándar de la batería de iones líquidos". Se refiere a la batería que Nissan utiliza sobre todo en el Leaf EV. Y es lo que hace que el fabricante de automóviles confíe en cumplir los plazos previstos.

"Creo que somos uno de los pocos fabricantes de equipos originales que cuentan con experiencia en el desarrollo y la fabricación de baterías propias en los últimos diez años", añadió Doi, refiriéndose también al Leaf. Kunio Nakaguro, vicepresidente ejecutivo a cargo de I+D, apoyó aún más el argumento: "Los conocimientos adquiridos con nuestra experiencia respaldan el desarrollo de baterías totalmente de estado sólido, y hemos acumulado importantes tecnologías elementales".

Aquí incluyó incluso los desafíos. Recordando el Leaf y su infame falta temprana de refrigeración de la batería, esto será menos problemático en los ASSB: las baterías de estado sólido pueden soportar temperaturas más altas. Nissan especifica 100 grados centígrados antes del inicio de la degradación. Esto es crucial para los procesos de carga de alta potencia. También es una cuestión de diseño, ya que menos refrigeración significa menos espacio y peso.

Las baterías de estado sólido también son comúnmente aclamadas como más seguras, sencillamente porque no hay una huida térmica, literalmente una fuga de líquido inflamable cuando se rompen. Sin embargo, Nissan admite que la densidad energética es mucho mayor, por lo que conlleva igual o mayor riesgo, sobre todo porque utilizarán un electrolito sólido de sulfuro orgánico. Si entra en contacto con la humedad, como en el aire, puede producirse sulfuro de hidrógeno, un gas inflamable y venenoso.

Nissan vuelve a señalar su experiencia y las pruebas de seguridad internas de otros materiales que también se están aplicando en la planta piloto. Allí, la empresa afirma que controlará la liberación de gas H2S desde el polvo hasta el nivel de la célula y que ya han tenido que controlar la humedad con el Leaf anteriormente. Una vez más, el truco está en el material. Si se elige bien, el sulfuro reacciona con el ácido sulfhídrico y forma una capa protectora.

"De cara al futuro, nuestras divisiones de I+D y fabricación seguirán colaborando para utilizar esta instalación de producción de prototipos y acelerar la aplicación práctica de las baterías totalmente de estado sólido", afirmó Nakaguro.

Sin embargo, aumentar la producción puede ser una cuestión diferente. Estamos a la espera de que Japón responda a nuestras preguntas sobre los volúmenes previstos y los posibles modelos o sobre lo que esto puede significar para la Alianza con Renault en Europa.

En la actualidad, el 'Ambición Nissan 2030 ha ampliado el objetivo de Nissan de lanzar un vehículo eléctrico con baterías de estado sólido de desarrollo propio para 2028 al nivel de la Alianza.

Al desvelar el instalación prototipo y presentando su enfoque a la prensa más adelante, Nissan parece haber puesto pie firme en el camino y ha realizado algunos progresos sólidos. Sin embargo, para concluir aquí, literalmente, si sus baterías totalmente de estado sólido saldrán a tiempo y a escala, el tiempo lo dirá.

Fuente: Convocatoria de prensa y mesa redonda de Nissan