de Nicola: A medida que aumentan las ventas de vehículos eléctricos y las redes buscan más almacenamiento de energía, los investigadores se apresuran a desarrollar baterías que sean más baratas, más potentes y menos dependientes de materiales difíciles de conseguir.
Los iones de litio todavía dominan, pero las tecnologías de iones de sodio y de estado sólido están pasando del laboratorio al mercado.
El mercado de baterías hoy en día es insaciable. La demanda se ha multiplicado por más de cuarenta desde 2010, gracias principalmente a los automóviles eléctricos: las ventas de vehículos eléctricos alcanzaron los 20 millones en 2025, o alrededor de una cuarta parte de todos los automóviles vendidos a nivel mundial. También se están utilizando contenedores de envío llenos de baterías para almacenar la electricidad procedente de energías renovables como la solar. La capacidad de almacenamiento de los parques solares se ha multiplicado por veinte en sólo cinco años.
Este auge ha alimentado un frenesí en la investigación y el desarrollo de baterías. “En los últimos cinco años, la innovación fue muy, muy rápida”, dice Teo Lombardo, ex químico de baterías y ahora analista de la Agencia Internacional de Energía. «En 2024, más del 40 por ciento de las patentes relacionadas con la energía se referían a baterías. Eso nunca había sucedido antes. Eso indica lo rápido que está evolucionando el mercado y cuánto interés hay».
Las baterías de iones de litio son el estándar de oro actual para el almacenamiento de energía liviano y de alta potencia para computadoras portátiles, herramientas eléctricas, teléfonos inteligentes, drones y automóviles eléctricos. Pero ahora, dice Lombardo, dos nuevas tecnologías están atacando el dominio de los iones de litio desde ambos extremos del espectro de costos: las baterías de sodio, baratas pero voluminosas, prometen hacer funcionar vehículos eléctricos económicos y ayudar a alimentar la red; y las costosas pero potentes baterías de estado sólido ofrecen un largo alcance para los vehículos eléctricos de lujo. Mientras tanto, se están probando en el laboratorio muchas otras químicas de baterías, con la esperanza de que eventualmente surjan nuevos ganadores para impulsar el futuro.
“El mercado de las baterías se está volviendo tan grande que no se trata de que una tecnología sustituya a otra”, afirma Lombardo. «Se trata de especializarnos para atender diferentes partes del mercado».
Las innovaciones en la arquitectura de las celdas de las baterías han acelerado los tiempos de carga: algunas se pueden cargar en 10 minutos.
Hacer una batería es fundamentalmente simple: un niño puede crear una con un limón, un clavo galvanizado, una moneda de cobre y un par de cables. Se producen reacciones químicas entre los dos electrodos (el cátodo y el ánodo) y el electrolito de jugo de limón que se intercala entre ellos, impulsando electrones a través de los cables para encender una bombilla.
Pero fabricar una batería realmente buena (una que contenga mucha energía en un paquete pequeño, que sea barata de fabricar, que sobreviva a una década de ciclos de carga sin degradarse ni provocar incendios, que funcione en el frío del invierno y el calor del verano y que pueda renovarse o reciclarse fácilmente) es otra cosa completamente distinta. Crear buenas baterías es un trabajo de química e ingeniería tan delicado que normalmente requiere décadas de investigación para hacerlo bien. «Es como una sinfonía. Todo tiene que cooperar», dice Jagjit Nanda, científico de materiales y director del Centro de Baterías SLAC-Stanford en Menlo Park, California.
En la década de 1970, la crisis del petróleo estimuló la inversión en energías alternativas. El litio era una opción obvia para las baterías livianas porque es el metal más liviano de la tabla periódica. La innovación clave fue diseñar electrodos que pudieran albergar de manera segura y eficiente iones de litio en los espacios entre sus capas atómicas, lo que llevó a la primera batería comercial de iones de litio en 1991.
Fuente: IRENA. ENTORNO DE YALE 360 / HECHO CON FLORES
Desde entonces, los investigadores han mejorado minuciosamente las baterías de iones de litio cambiando las formulaciones de los electrodos, añadiendo pequeñas cantidades de diversos elementos para mejorar la estabilidad de la batería o el flujo de iones, o modificando la microestructura de las interfaces entre capas o la arquitectura de la celda. Desde 1991, la densidad de energía de las baterías de iones de litio (una medida importante de cuánta carga se puede empaquetar en un peso determinado) se ha triplicado y el precio se ha reducido unas diez veces. Con el tiempo, esas mejoras se harán realidad, pero no todavía. Las baterías de los automóviles eléctricos actuales son casi todas de iones de litio de un tipo u otro y, por lo general, un vehículo utilitario deportivo promedio recorre entre 250 y 370 millas en un buen día.
Hace una década, la mayoría de las baterías de vehículos eléctricos eran variantes de níquel, manganeso y cobalto (NMC) (llamadas así por los ingredientes principales de su electrodo positivo, el cátodo), que cuentan con una densidad de energía relativamente alta. Sin embargo, recientemente, estas han sido superadas por baterías más baratas de fosfato de hierro y litio (LFP), que llevan el nombre de su propio cátodo, que están ganando rendimiento y contienen menos metales críticos que las NMC, ingredientes costosos con cadenas de suministro limitadas.
Aunque una batería LFP individual tiene una densidad de energía menor que una NMC, las LFP son más estables al calor, por lo que los desarrolladores han encontrado formas de empaquetarlas más juntas en un automóvil, para contrarrestar esta desventaja. Otras innovaciones en la arquitectura de la celda también han acelerado su tiempo de carga: algunos LFP se pueden cargar en unos 10 minutos.
Las baterías de sodio podrían ayudar a llenar el floreciente mercado del almacenamiento en red con baterías que tengan ingredientes más fáciles de conseguir.
Pero el litio es difícil de extraer (a menudo implica estanques de evaporación que se extienden sobre miles de acres) y se obtiene de sólo un puñado de lugares. Combine eso con una demanda en auge y los precios pueden dispararse. Una alternativa atractiva es el sodio: está sólo un escalón más abajo en la tabla periódica, con una química similar a la del litio, pero mucho más común. Cambiar litio por sodio en el proceso de fabricación de baterías es relativamente sencillo. Da la casualidad de que las baterías de iones de sodio también funcionan bien a temperaturas muy frías.
El principal problema del sodio es que sus átomos ocupan más del doble del volumen del litio y pesan tres veces más. Ese es un problema cuando se intenta fabricar una batería pequeña y liviana. Por ahora, la densidad de energía de las baterías de iones de sodio es aproximadamente un 30 por ciento menor que la de sus competidores de litio, lo que hace que un SUV promedio solo recorra unas 220 millas. Pero se está trabajando para optimizar los componentes, la química y la arquitectura de estas baterías. «Van a mejorar; seguirán más o menos la misma trayectoria que los iones de litio», afirma Nanda.
Unas pocas decenas de miles de automóviles eléctricos propulsados por iones de sodio ingresaron al mercado en China en 2023, y en febrero se presentó el primer automóvil cuya producción en masa estaba prevista. Por ahora, los LFP tienen precios competitivos con los advenedizos del sodio debido a las economías de escala. Pero los analistas esperan que el sodio agregue una variedad de baterías más baratas a la combinación general, con la posibilidad de cadenas de suministro nacionales. «Cuantas más tecnologías tengamos, más resiliente será el mercado», afirma Lombardo.
El Changan Nevo A06, presentado en China en febrero, será el primer automóvil producido en masa propulsado por una batería de iones de sodio. CATL
Mientras tanto, la mayor parte del sodio no es un problema para aplicaciones estacionarias, lo que convierte a las baterías de iones de sodio en un competidor obvio para el almacenamiento en la red eléctrica. En este momento, las granjas solares suelen utilizar baterías de iones de litio para almacenar energía para los días de lluvia. La demanda de este uso es enorme y está creciendo: California hizo historia en abril de 2024 cuando las baterías se convirtieron, por primera vez, en la mayor fuente de energía para la red del estado durante unas horas después del atardecer. Las baterías de sodio podrían ayudar a llenar este mercado en auge con baterías que tengan ingredientes más fáciles de conseguir. En mayo, la empresa de baterías más grande del mundo, CATL, con sede en China, firmó un acuerdo para proporcionar una enorme cantidad de 60 gigavatios-hora de baterías de sodio para almacenamiento de energía en Ningde, Fujian: suficiente electricidad almacenada para hacer funcionar miles de hogares durante un año.
Las baterías de estado sólido, por otro lado, son una forma prometedora de darle más potencia a un automóvil, duplicando potencialmente las densidades de energía y haciendo que su SUV recorra más de 600 millas por carretera. La idea es sustituir el líquido electrolítico orgánico por un sólido compacto, como la cerámica. La sustitución mitiga una serie de desafíos que enfrentan las baterías de iones de litio convencionales: elimina el componente más inflamable, por ejemplo, y permite el uso de materiales de electrodos que proporcionan una mayor densidad de energía, como el litio metálico. Pero unir las partes de una celda sólida es complicado y el costo de fabricación es alto.
Hay toda una sopa de letras de tipos de baterías basada en docenas de elementos, todos con pros y contras y mejores usos específicos.
Ya existen baterías de estado sólido para aplicaciones críticas y, a menudo, no recargables, como los marcapasos. Ahora, el aumento de la producción de baterías de estado sólido para automóviles, recargables y asequibles, parece estar cada vez más cerca. Actualmente, Toyota y Nissan pronostican que sus baterías de estado sólido estarán disponibles alrededor de 2028. Solid Power, con sede en Colorado, está trabajando en baterías de estado sólido para BMW y Ford. QuantumScape, con sede en California, firmó un acuerdo con Honda en junio. CATL también está trabajando en el concepto. Algunas de las variantes son completamente sólidas, mientras que otras, como la de QuantumScape, son sistemas híbridos con alternativas un poco líquidas o pegajosas en forma de gel.
“La comercialización (de baterías de estado sólido) para 2030 probablemente sea realista”, afirma Lombardo. Pero serán costosas, lo que hará que las aplicaciones especializadas y de alto valor, como la robótica, sean un mercado inicial potencialmente viable.
Estos dos tipos de baterías están surgiendo como ganadores a corto plazo para los vehículos eléctricos, pero están lejos de ser la única tecnología que se persigue en la industria o en los laboratorios. Hay toda una sopa de letras de tipos de baterías basada en docenas de elementos, todos con varios pros y contras y mejores usos específicos. Para el almacenamiento en red, donde el espacio y el peso no son un problema, las baterías de flujo utilizan enormes tanques de electrolitos líquidos para almacenar energía. En el laboratorio, los investigadores están trabajando para cambiar el litio no solo por sodio sino también por magnesio, calcio, aluminio o zinc, de fácil obtención. Algunas baterías avanzadas prescinden por completo de sus ánodos, reduciendo el peso y aumentando la densidad de energía. Las investigaciones iniciales también persiguen ideas completamente diferentes, incluido el diseño de moléculas orgánicas que puedan almacenar la energía de la luz solar en enlaces químicos y liberarla cuando sea necesario.
BMW está probando ahora celdas de batería de estado sólido. POTENCIA SÓLIDA
Variantes como el litio-azufre, en el que los electrones se mueven entre un ánodo de metal de litio y un cátodo de azufre, han estado durante mucho tiempo en la mira de los investigadores de baterías (ofrecen una densidad de energía mucho mayor que los iones de litio, con ingredientes relativamente baratos), pero sufren problemas de longevidad y tienden a hincharse. Nadie ha logrado todavía crear un producto comercialmente viable para el mercado masivo. Una opción aún más audaz, llamada litio-aire, tiene como objetivo “inhalar” y exhalar oxígeno para formar uno de los electrodos clave de la batería cuando sea necesario, de modo que no siempre tenga que soportar el peso innecesario de un óxido metálico. Esta tarea endiabladamente difícil podría resultar útil para aplicaciones que requieren energía extremadamente liviana y de alta potencia, como los taxis voladores.
Todos y cada uno de estos, al igual que los de iones de litio, sodio y estado sólido, requerirán décadas de trabajo para comercializarlos. «A diferencia de otras tecnologías, esto es muy incremental», dice Nanda. «No se esperan milagros con las baterías; no se cambian de la noche a la mañana». La inteligencia artificial ha acelerado la búsqueda de formulaciones prometedoras para materiales de baterías al ayudar a centrar o acelerar experimentos laboriosos de prueba y error, dice Lombardo, pero aún queda un largo camino por recorrer.
Mientras tanto, los investigadores también están trabajando para hacer que las baterías sean más sostenibles desde el punto de vista medioambiental, eliminando, por ejemplo, los disolventes tóxicos utilizados en su fabricación. Para reducir el desperdicio, las baterías de vehículos eléctricos parcialmente degradadas aún se pueden utilizar como almacenamiento de energía para la red o en hogares individuales. Cuando se agotan por completo, se pueden reciclar. Ya sabemos cómo hacerlo, pero los sistemas deben ampliarse rápidamente, afirma Lombardo. La vida útil promedio de un automóvil es de unos 15 años, dice, y el gran auge de los automóviles eléctricos comenzó alrededor de 2020. Eso significa que alrededor de 2035 estaremos inundados de baterías retiradas que, si se dejan en los vertederos, podrían provocar incendios o filtrar metales pesados al suelo y las aguas subterráneas.
La eliminación responsable de las baterías es una cuestión de economía y regulación, dice Lombardo, quien es optimista en cuanto a que ambas ayudarán a crear una industria de reciclaje sólida, especialmente porque los metales valiosos se pueden extraer y reutilizar. Hay un precedente. Las baterías de plomo ácido, la batería auxiliar utilizada tanto en los automóviles de combustión como en muchos vehículos eléctricos, son hoy uno de los productos más reciclados del mundo.
Entonces, ¿qué nos depara el futuro? Por ahora, los iones de litio siguen siendo los reyes: las baterías de estado sólido representan sólo el 1 por ciento de la capacidad mundial de fabricación de baterías existente o financiada, y el sodio sólo el 4 por ciento. Pero eso puede cambiar. «Para 2035, los iones de litio seguirán siendo definitivamente la mayoría, los iones de sodio probablemente tendrán una participación y los de estado sólido podrían estar presentes», afirma Lombardo. Y después de eso, añade, “probablemente sea demasiado pronto para decirlo”.
