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Varias empresas tienen una carrera por perfeccionar las baterías de estado sólido: baterías de última generación que prometen dar vehículos eléctricos tan libres de problemas que no tendremos motivos para comprar vehículos que consumen gasolina.
Estas nuevas celdas están diseñadas para ser más ligeras y compactas que las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos actuales. También deberían ser mucho más seguras, pues no contienen nada que pueda arder. Además, deberían almacenar mucha más energía, los vehículos eléctricos podrían recorrer hasta mil kilómetros con una sola carga.
Por si fuera poco, las baterías de estado sólido prometen recargas de vehículos eléctricos en minutos.
Parece demasiado bueno para ser verdad, pero las promesas se hacen más plausibles.
“La hoja de ruta de la industria es hacer demostraciones con prototipos reales de baterías de estado sólido en sus vehículos para 2027 e intentar comercializarlas a gran escala para 2030”, afirma Jun Liu, científico de materiales de la Universidad de Washington, que dirige una colaboración entre la universidad, el gobierno y la industria para el desarrollo de baterías conocida como Innovation Center for Battery500 Consortium.
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Materiales ‘superiónicos’ al rescate
No hace mucho este avance hacia la propulsión de los vehículos eléctricos era casi inimaginable, afirma Eric McCalla, que estudia los materiales de las baterías en la Universidad McGill de Montreal y es coautor de un artículo sobre tecnología de baterías en el Annual Review of Materials Research de 2025.
Esta nueva batería hipotética debe permitir de alguna forma que esos iones de litio fluyan con la misma libertad, pero a través de un sólido.
Al igual que las baterías actuales de los vehículos eléctricos, seguiría fabricándose con litio, elemento insuperable en cuanto a la cantidad de carga que puede almacenar por gramo. Pero las baterías de iones de litio estándar usan un líquido, muy inflamable, para permitir el fácil paso de partículas cargadas (iones) entre los electrodos positivo y negativo del dispositivo. El nuevo diseño sustituiría el líquido por un electrolito sólido que sería casi inmune al fuego. Esto permitiría cambios físicos y químicos que harían que la batería se cargara más rápido y fuera más ligera.
Esto parecía imposible para usos más amplios, como los vehículos eléctricos, afirma McCalla. Ciertos polímeros y otros sólidos dejaban pasar los iones, pero a velocidades mucho más lentas; pero en las últimas dos décadas, se han descubierto varias familias de compuestos ricos en litio que son “superiónicos”, lo que significa que algunos átomos se comportan como un sólido cristalino, mientras que otros se comportan más como un líquido, y que pueden conducir iones de litio tan rápido como los electrolitos líquidos estándar, o más rápido.
La fabricación de estas baterías supone un reto. Algunos de los sólidos superiónicos son tan frágiles que requieren equipos especiales para su manipulación; otros deben procesarse en cámaras de humedad ultrabaja para evitar que reaccionen con el vapor de agua y generen gas sulfhídrico tóxico.
Aun así, el potencial repentinamente abierto de las baterías de estado sólido ha dado lugar a un aumento de la inversión en investigación que asciende a miles de millones de dólares.
“Todas las empresas automovilísticas han afirmado que las baterías de estado sólido son el futuro”, afirma Eric Wachsman, científico de materiales de la Universidad de Maryland. “La cuestión es: ¿cuándo llegará ese futuro?”.
El auge de las baterías de iones de litio
Quizás la razón más importante para plantearse la pregunta de “cuándo” es una cruda realidad económica: las baterías de estado sólido deberán competir en el mercado con una industria de iones de litio estándar.
“Las baterías de iones de litio se han desarrollado y optimizado en los últimos 30 años, y funcionan realmente bien”, afirma el físico Alex Louli, ingeniero de una de las principales empresas emergentes de baterías de estado sólido, QuantumScape, en San José, California.
Además, se han abaratado mucho. Cuando la empresa Sony Corporation presentó la primera batería comercial de iones de litio en 1991, costaba el equivalente a $7.500 por cada kilovatio-hora (kWh) de energía que almacenaba. En 2025, los precios de las baterías de iones de litio se habían desplomado hasta los $115 por kWh, y se prevé que bajen hasta los $80 por kWh o menos en 2030.
“La mayoría de estos avances no se han debido realmente a mejoras químicas fundamentales”, afirma Mauro Pasta, electroquímico aplicado de la Universidad de Oxford. “Lo que ha cambiado las reglas del juego han sido las economías de escala en la fabricación”.
Las celdas de iones de litio también han experimentado grandes avances en materia de seguridad. La existencia de ese electrolito inflamable significa que los accidentes de vehículos eléctricos pueden provocar incendios de iones de litio difíciles de apagar. Pero gracias a los disyuntores y otras medidas de seguridad incorporadas en las baterías, solo unos 25 vehículos eléctricos de cada 100.000 vendidos se incendian, frente a los 1.500 incendios por cada 100.000 vehículos convencionales.
Potencial de rendimiento
Otra ventaja es la mejora del rendimiento. El electrolito líquido limita la velocidad de carga. Ahí hay un punto a favor de las baterías de estado sólido: los mejores conductores superiónicos no solo ofrecen un flujo de iones más rápido que los electrolitos líquidos, también pueden tolerar voltajes más altos, lo que se traduce en recargas de vehículos eléctricos en menos de 10 minutos.
Los fabricantes de automóviles están ansiosos por hallar una alternativa al grafito: cuanta más capacidad pueda meter un vehículo eléctrico en una batería del mismo tamaño y menos peso tenga que transportar, más lejos podrá llegar con una sola carga.
La mejor alternativa sería no tener jaula, solo iones entrantes que se condensan en litio metálico puro con cada ciclo de carga. Un ánodo de litio metálico de este tipo se crearía y se disolvería con cada ciclo de carga y descarga, y almacenaría quizás 10 veces más energía eléctrica por gramo que un ánodo de grafito.
Estos ánodos de litio metálico se han probado en el laboratorio desde la década de 1970, e incluso se utilizaron en algunos de los primeros intentos fallidos de comercializar baterías de litio. Pero, según Louli, luego de décadas de intentos, nadie ha conseguido que los ánodos metálicos funcionen de forma segura y fiable en contacto con electrolitos líquidos. Se producen reacciones entre el electrolito líquido y el metal de litio que degradan ambos, lo que reduce considerablemente la vida útil de la batería.
En cambio, una batería que sustituya tanto el electrolito líquido como el separador por una capa de estado sólido lo suficientemente resistente como para soportar esas puntas, dice Wachsman.
“Tiene el potencial de ser estable a voltajes más altos; ser estable en presencia de metal de litio; y prevenir esas dendritas”, prácticamente todo lo necesario para que esos ánodos de metal de litio de densidad energética ultra alta sean una realidad.
Retos en la fabricación
La fabricación no es sencilla, pero ya hay materiales. Uno es la clase de sulfuros descubierta por investigadores japoneses en 2011. Según Wachsman, estos sulfuros no solo fueron de los primeros superiónicos nuevos en descubrirse, sino que siguen siendo los principales candidatos para una comercialización temprana.
Hay una razón para centrarse en los sulfuros superiónicos, afirma Wachsman: “son fáciles de incorporar a las líneas de fabricación de celdas de batería existentes. Las empresas han invertido miles de millones de dólares en la infraestructura existente y no quieren sustituirla por algo nuevo”.
Pero estos sulfuros superiónicos tienen desventajas importantes, como su extrema sensibilidad a la humedad. Esto complica el proceso. Los cuartos secos que se usan para fabricar baterías de iones de litio tienen un contenido de humedad que no es lo suficientemente bajo para los electrolitos de sulfuro, por lo que habría que reacondicionarlos.
Esa sensibilidad también supone un riesgo si las baterías se rompen en un accidente. Si los sulfuros se exponen a la humedad del aire, se genera gas sulfhídrico, que es extremadamente tóxico.
Por ello, empresas como QuantumScape e Ion Storage Systems, en Maryland, buscan alternativas a los sulfuros, como los electrolitos de óxido en estado sólido. Estos materiales son esencialmente cerámicos, afirma Wachsman, fabricados en una versión de alta tecnología de una clase de alfarería: “Se moldea la arcilla, se cuece en un horno y se convierte en un sólido”. Excepto que, en este caso, se trata de un sólido superiónico prácticamente impermeable a la humedad, el calor, el fuego, el alto voltaje y el metal de litio altamente reactivo.
Ahí están los retos de fabricación. Superiónicos o no, los cerámicos son demasiado frágiles para el procesamiento rollo a rollo.
Todas las complicaciones de las baterías de estado sólido tienen soluciones preparadas —pero que añaden complejidad y costo—. De ahí la obsesión cada vez más urgente por la fabricación. Antes de que una empresa automovilística se plantee siquiera adoptar una nueva batería para vehículos eléctricos no solo debe ofrecer mejor rendimiento que su batería actual, también debe ser más barata.
Aun así, afirma Louli, la demanda a largo plazo existe. “Lo que intentamos conseguir al combinar el ánodo de litio metálico con la tecnología de estado sólido es triple: mayor energía, mayor potencia y mayor seguridad. Para aplicaciones de alto rendimiento como los vehículos eléctricos, u otras aplicaciones que requieren una alta densidad de potencia, como los drones o incluso la aviación electrificada, las baterías de estado sólido serán muy adecuadas”.
Este artículo apareció originalmente en Knowable en español, una publicación sin ánimo de lucro dedicada a poner el conocimiento científico al alcance de todos. Suscríbase al boletín de Knowable en español.
