¿Tendrá su próximo vehículo eléctrico una batería de estado sólido —y mejor rendimiento—?

Estas nuevas celdas de estado sólido están diseñadas para ser más ligeras y compactas que las baterías de iones de litio utilizadas en los vehículos eléctricos actuales. También deberían ser mucho más seguras, ya que no contienen nada que pueda arder, como esos incendios poco frecuentes pero difíciles de extinguir provocados por las baterías de iones de litio. Además, deberían almacenar mucha más energía, convirtiendo la ansiedad por la autonomía en un recuerdo lejano, ya que los vehículos eléctricos de consumo podrían recorrer seiscientos, ochocientos y hasta mil kilómetros con una sola carga.

Y olvídese de esas recargas “rápidas” que duran media hora o más: las baterías de estado sólido prometen recargas de vehículos eléctricos en minutos —casi tan rápido como echarle gasolina a cualquier vehículo estándar—.

Todo esto puede parecer demasiado bueno para ser verdad —y lo es, si está pensando en comprar un vehículo eléctrico con batería de estado sólido este año o el próximo—. Sin embargo, si se mira un poco más allá, las promesas empiezan a parecer más plausibles. “Si nos fijamos en lo que la industria está presentando como hoja de ruta, dicen que van a intentar realizar demostraciones con prototipos reales de baterías de estado sólido en sus vehículos para 2027 y que intentarán 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.

De hecho, el reto ya no es demostrar que las baterías de estado sólido son viables. Eso ya se ha hecho desde hace tiempo en numerosos laboratorios de todo el mundo. El gran reto ahora es averiguar cómo fabricar estos dispositivos a gran escala y a un costo aceptable.

Los materiales superiónicos al rescate

No hace mucho tiempo este vertiginoso 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.

Hasta más o menos el 2010, explica McCalla, “la batería de estado sólido siempre había parecido algo que sería realmente increíble —si conseguíamos que funcionara—”. Al igual que las baterías actuales de los vehículos eléctricos, seguiría fabricándose con litio, un elemento insuperable en cuanto a la cantidad de carga que puede almacenar por gramo. Pero las baterías de iones de litio estándar utilizan un líquido, muy inflamable, para permitir el fácil paso de partículas cargadas (iones) entre los electrodos positivo y negativo del dispositivo. El nuevo diseño de la batería sustituiría el líquido por un electrolito sólido que sería casi inmune al fuego —al tiempo que permitiría una serie de cambios físicos y químicos que podrían hacer que la batería se cargara más rápido, fuera más ligera y todo lo demás—.

“Pero los requisitos de material para estos electrolitos sólidos estaban más allá del estado actual de la técnica”, afirma McCalla. Al fin y al cabo, las baterías de iones de litio estándar tienen una buena razón para utilizar un electrolito líquido: proporciona a los átomos de litio ionizados un medio fluido por el que moverse mientras se desplazan entre los dos electrodos de la batería. Este ciclo de ida y vuelta es la forma en que cualquier batería almacena y libera energía —el equivalente químico a bombear agua desde un embalse situado a baja altura hasta un lago de alta montaña y luego dejar que vuelva a bajar a través de una turbina cada vez que se necesita energía—. Esta nueva batería hipotética tendría que permitir de alguna manera que esos iones de litio fluyeran con la misma libertad —pero a través de un sólido—.

Esto parecía imposible para usos más amplios, como los vehículos eléctricos, afirma McCalla. Se sabía que ciertos polímeros y otros sólidos dejaban pasar los iones, pero a velocidades mucho más lentas que los electrolitos líquidos. Sin embargo, en las últimas dos décadas, investigadores 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, si no más rápido.

“Así que, de repente, el cuello de botella dejó de ser un cuello de botella”, afirma McCalla.

Es cierto que la fabricación de estas baterías puede suponer un reto. Por ejemplo, algunos de los sólidos superiónicos son tan frágiles que requieren equipos especiales para su manipulación, mientras que 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 y desarrollo por parte de organismos de financiación de todo el mundo —por no hablar de la creación de múltiples empresas emergentes que trabajan en colaboración con fabricantes de automóviles como Toyota, Volkswagen y muchos otros—. Aunque no todas las cifras son públicas, las inversiones en el desarrollo de baterías de estado sólido ya ascienden a miles de millones de dólares en todo el mundo.

“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”, aparte de los retos de fabricación, que siguen siendo enormes, es una cruda realidad económica: las baterías de estado sólido tendrán que competir en el mercado con una industria de iones de litio estándar que cuenta con una enorme ventaja.

“Las baterías de iones de litio se han desarrollado y optimizado durante los últimos 30 años, y funcionan realmente bien”, afirma el físico Alex Louli, ingeniero y portavoz de una de las principales empresas emergentes de baterías de estado sólido, QuantumScape, con sede en San José, California.

Además, se han abaratado mucho, en términos comparativos. Cuando la empresa japonesa Sony Corporation presentó la primera batería comercial de iones de litio en 1991, tras una labor de investigación a nivel mundial que se remontaba a los años cincuenta, esta alimentaba una de las videocámaras de la empresa y costaba el equivalente a 7.500 dólares por cada kilovatio-hora (kWh) de energía que almacenaba. En abril de 2025, los precios de las baterías de iones de litio se habían desplomado hasta los 115 dólares por kWh, y se preveía que bajarían hasta los 80 dólares por kWh o menos en 2030 —lo suficientemente bajos como para que un nuevo vehículo eléctrico fuera sustancialmente más barato que su equivalente de gasolina—.

“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”.

Liu señala un ejemplo claro: el proceso rollo-a-rollo utilizado para las baterías cilíndricas que se encuentran en la mayoría de los vehículos eléctricos actuales. “Se prepara una pasta”, explica Liu, “luego se vierte la pasta en películas finas, se enrollan las películas con gran velocidad y precisión, y se pueden fabricar cientos y miles de celdas muy rápidamente y con una calidad muy alta”.

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, y de hecho los provocan, incendios de iones de litio difíciles de apagar. Pero gracias a los disyuntores y otras medidas de seguridad incorporadas en las baterías modernas, solo unos 25 vehículos eléctricos de cada 100.000 vendidos se incendian, frente a los 1.500 incendios por cada 100.000 vehículos convencionales —que, por supuesto, llevan grandes depósitos de gasolina explosivamente inflamable—.

De hecho, afirma McCalla, la industria estándar de baterías de iones de litio está tan adelantada que es posible que la tecnología de estado sólido nunca la alcance. “La producción de vehículos eléctricos está escalando hoy”, afirma, “y lo hace con la tecnología que es asequible hoy en día”. De hecho, los fabricantes de baterías están aumentando su capacidad de producción de batería de iones de litio tan rápido como pueden. “Así que me pregunto si el tren ya ha salido de la estación”.

Pero quizá no sea así. La tecnología de las baterías de estado sólido tiene un atractivo geopolítico, señala Ying Shirley Meng, científica de materiales de la Universidad de Chicago y del Laboratorio Nacional de Argonne. “Con las baterías de iones de litio, el juego ha terminado —China ya domina el 70 % de la fabricación—”, afirma. Por lo tanto, para cualquier país que quiera liderar la próxima revolución de las baterías, “el estado sólido presenta una oportunidad muy interesante”.

Potencial de rendimiento

Otra ventaja es la mejora del rendimiento. En un momento en el que los compradores de vehículos eléctricos buscan una mayor autonomía y velocidad de carga, afirma Louli, la fórmula estándar de las baterías de iones de litio está alcanzando un techo en cuanto a rendimiento. Para mejorar, afirma, “hay que volver atrás y empezar a innovar en los materiales” —como en el caso de las baterías de estado sólido—.

Tomemos como ejemplo el electrolito líquido de las baterías estándar. No solo es inflamable, sino que también limita la velocidad de carga. Cuando se enchufa un vehículo eléctrico, el cable de carga actúa como un circuito externo que aplica un voltaje entre los dos electrodos de la batería, el cátodo y el ánodo. Las fuerzas eléctricas resultantes son lo suficientemente fuertes como para extraer átomos de litio del cátodo y despojar a cada átomo de un electrón. Pero cuando arrastran los iones resultantes a través del electrolito hacia el ánodo, alcanzan el límite de velocidad: si se intenta acelerar el movimiento de los iones aumentando demasiado el voltaje, el electrolito se descompone químicamente, lo que pone fin para siempre a la vida útil de la batería.

Así que aquí 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, sino que también pueden tolerar voltajes más altos —lo que se traduce en recargas de vehículos eléctricos en menos de 10 minutos, frente a la media hora o más que tardan las baterías de iones de litio actuales—.

Otra ventaja para las baterías de estado sólido es que, durante la carga, los iones llegan al electrodo opuesto, el ánodo. Aquí es donde se reencuentran con los electrones que habían perdido, que han dado un largo rodeo a través del circuito externo. Y aquí es donde las baterías de iones de litio estándar almacenan los átomos de litio recién neutralizados en una capa de grafito.

Los ánodos de grafito supusieron un importante avance comercial en 1991 —la innovación que finalmente sacó las baterías de iones de litio del laboratorio y las llevó al mercado—. El grafito es barato, químicamente estable, excelente conductor de la electricidad y capaz de encajar esos átomos de litio entrantes en su red hexagonal de carbono como huevos en una caja de cartón.

Pero el grafito impone otra limitación a la velocidad de carga, ya que la red solo puede albergar una cantidad limitada de iones a la vez. Además, es pesado, lo que supone un gran desperdicio de masa y volumen en un simple contenedor, según Louli: “El grafito es un huésped complaciente, pero no proporciona energía por sí mismo —es un componente pasivo—”. Por eso los fabricantes de automóviles preocupados por la autonomía están ansiosos por encontrar 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 ninguna jaula, sin desperdiciar espacio ni peso —solo iones entrantes que se condensan en litio metálico puro con cada ciclo de carga—. En efecto, un ánodo de litio metálico de este tipo se crearía y se disolvería con cada ciclo de carga y descarga —al tiempo que 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 al menos los años setenta, e incluso se utilizaron en algunos de los primeros intentos fallidos de comercializar baterías de litio. Pero, según Louli, incluso después de décadas de intentos, nadie ha conseguido que los ánodos metálicos funcionen de forma segura y fiable en contacto con electrolitos líquidos. Por un lado, dice, se producen reacciones entre el electrolito líquido y el metal de litio que degradan ambos, lo que acaba reduciendo considerablemente la vida útil de la batería.

Por otra parte, añade Wachsman, “cuando se carga una batería con líquidos, el litio que va al ánodo puede depositarse de forma no uniforme y formar lo que se denomina dendritas”. Estas puntas metálicas irregulares pueden crecer de forma impredecible y perforar la capa separadora de la batería: una fina película de polímero aislante eléctrico que evita que los dos electrodos se toquen entre sí. Romper esa barrera podría provocar fácilmente un cortocircuito que acabe abruptamente con la vida útil del dispositivo, o incluso provoque un incendio.

Ahora comparemos esto con una batería que sustituye 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, uno, ser estable a voltajes más altos; dos, ser estable en presencia de metal de litio; y tres, prevenir esas dendritas” —es decir, prácticamente todo lo que se necesita para que esos ánodos de metal de litio de densidad energética ultra alta sean una realidad práctica—.

“Eso es lo realmente atractivo de esta nueva tecnología de baterías”, afirma Louli. Y ahora que los investigadores han encontrado tantos sólidos superiónicos que podrían funcionar, añade, “esto es lo que está impulsando su desarrollo”.

Retos en la fabricación

De hecho, cada vez más, el enfoque del campo ha pasado de la investigación a la práctica, tratando de descubrir cómo lograr la misma magia de la fabricación a gran escala y bajo costo que ha hecho que la arquitectura estándar de iones de litio sea tan dominante. Estos nuevos materiales superiónicos no lo han puesto fácil.

Un ejemplo destacado 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.

Las principales inversiones provienen de empresas emergentes como Solid Power, con sede en Colorado, y Factorial Energy, con sede en Massachusetts, así como de gigantes consolidados del sector de las baterías, como la china CATL, y fabricantes de automóviles mundiales, como Toyota y Honda.

Y hay una razón importante para centrarse en los sulfuros superiónicos, afirma Wachsman: “Son fáciles de incorporar a las líneas de fabricación de celdas de batería existentes”, incluido el proceso rollo-a-rollo. “Las empresas han invertido miles de millones de dólares en la infraestructura existente y no quieren sustituirla por algo nuevo”.

Sin embargo, estos sulfuros superiónicos también tienen algunas desventajas importantes —sobre todo su extrema sensibilidad a la humedad—. Esto complica el proceso de incorporación, afirma Pasta, de Oxford. Los cuartos secos que se utilizan actualmente 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 para la seguridad si las baterías se rompen en un accidente, afirma: “Si los sulfuros se exponen a la humedad del aire, se genera gas sulfhídrico, que es extremadamente tóxico”.

Por todo ello, empresas emergentes como QuantumScape e Ion Storage Systems, con sede en Maryland, que se separó del laboratorio de Wachsman en 2015, están buscando 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 que es prácticamente impermeable a la humedad, el calor, el fuego, el alto voltaje y el metal de litio altamente reactivo.

Sin embargo, ahí es también donde comienzan los retos de fabricación. Superiónicos o no, por ejemplo, los cerámicos son demasiado frágiles para el procesamiento rollo a rollo. Una vez que se han cocido y solidificado, dice Wachsman, “hay que manipularlos más como una oblea semiconductora, con máquinas para cortar las láminas a medida y robótica para moverlas”.

Luego está la “respiración reversible” que afecta tanto a las baterías de óxido como a las de sulfuro: “Con cada ciclo de carga, estamos recubriendo y desprendiendo metal de litio en el ánodo”, explica Louli. “Por lo tanto, toda la pila de celdas aumentará de grosor cuando se cargue y disminuirá cuando se descargue” —un ciclo de pequeños cambios de volumen que todo diseño de batería de estado sólido debe tener en cuenta—.

En QuantumScape, por ejemplo, las celdas de batería individuales se fabrican apilando varias láminas de óxido finas como telarañas, como si fueran una baraja de cartas, y luego se encajan dentro de un marco metálico con el grosor justo para permitir que la capa de ánodo de cada lámina se expanda y contraiga libremente. A continuación, la pila y el marco se sellan al vacío en una bolsa blanda, explica Louli, “de modo que, si se empaquetan las celdas marco con marco, las pilas pueden respirar y no empujan a las celdas adyacentes”.

De manera similar, afirma Wachsman, todas las complicaciones de las baterías de estado sólido tienen soluciones preparadas —pero soluciones que inevitablemente añaden complejidad y costo—. De ahí la obsesión cada vez más urgente del sector por la fabricación. Antes de que una empresa automovilística se plantee siquiera adoptar una nueva batería para vehículos eléctricos, afirma, “no solo tiene que ofrecer un mejor rendimiento que su batería actual, sino que también tiene que ser más barata”.

Y la única forma de abaratar una tecnología complicada es mediante economías de escala. “Por eso, el mayor impedimento para las baterías de estado sólido es precisamente el costo de poner en marcha una de estas gigafábricas para fabricarlas en volumen suficiente”, afirma Wachsman. “Por eso es probable que haya más baterías de estado sólido en aplicaciones pioneras que no requieran ese volumen”.

Aun así, afirma Louli, la demanda a largo plazo está ahí sin duda. “Lo que intentamos conseguir al combinar el ánodo de litio metálico con la tecnología de estado sólido es triple”, afirma: “Mayor energía, mayor potencia y mayor seguridad. Por lo tanto, 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 es del archivo de Knowable Magazine. Se publicó originalmente en octubre del 2025. Esta es una publicación sin ánimo de lucro dedicada a poner el conocimiento científico al alcance de todos. Suscríbase al boletín de Knowable en español”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner