Entón, aquí imos. Toma café. Ou cervexa. Non estou xulgando.
Moi rápido antes de comezar- os meus antecedentes xa que a xente sempre me pregunta: levo xogando coa tecnoloxía da batería desde 2016, traballei para dúas empresas que quebraron (momentos divertidos), consultei a tres que aínda están vivas (apenas) e actualmente fago I+D para... ben, probablemente non debería dicir, pero xa escoitou falar delas. Queimeime con lumes de litio dúas veces. Non recomendo a experiencia. 0/10.
Que diaños é unha batería de estado sólido-?
Exacto así. A batería do teu teléfono? Portátil? Coche eléctrico? Todo tiña líquido dentro. Non como auga-líquido, máis como... líquido químico espeso. Electrolito orgánico. Parece elegante, pero basicamente é unha sustancia inflamable que permite que os ións de litio pasen cara atrás e cara atrás entre os lados positivo e negativo.
Funciona ben! Ata que non. Despois prende lume.
Aínda teño un Samsung Galaxy Note 7 no caixón do meu escritorio que gardo como recordatorio. Nunca volveu acendelo despois da retirada. É como un pequeno pisapapeles de perigo de incendio.
Batería de estado sólido-= substituíndo ese líquido por un sólido.
Iso é. Iso é todo.
A parte sólida pode ser:
Cousas de cerámica (como vidro elegante pero máis difícil de facer)
Cadeas de polímero (penso en plástico moi denso pero non realmente plástico)
Compostos de sulfuro (estes cheiran TERRIBLE por certo, como ovos podridos por mil)
Ah, e curioso, aprendín do xeito difícil - que algúns destes materiais reaccionan coa humidade do aire. Como violentamente. Tivemos un estudante de posgrao en 2019 que deixou unha mostra de electrólitos de sulfuro no banco durante a noite. Chegou á mañá seguinte, basicamente todo estaba corroído. Cheiraba a morte. Non puidemos usar ese laboratorio durante unha semana.
Por que todo o mundo non cala sobre eles
Amigo, teño escoitado falar de baterías de estado sólido-desde... 2015? 2014? Algún lugar por alí. Cada ano: "Só 3 anos máis!"
Converteuse nun meme na comunidade da batería. Como poder de fusión. Sempre a 10 anos.
Pero vale, HAI motivos reais para preocuparse:
1. Eles (probablemente) non estouparán na túa cara
Sen líquido=sen líquido fervendo=sen aumento de presión=sen boom.
Quero dicir que aínda poden fallar. Eu vin pasar. Pero en lugar dunha bóla de lume tes máis como... deixa de funcionar e quéntase. Moito mellor! Presin testemuña dun fallo de prototipo de-sólido durante as probas do ano pasado e basicamente inchouse un pouco e morreu. Co ión de litio líquido-temos que probar detrás dos escudos contra explosión. Vibración diferente.
2. Máis enerxía no mesmo espazo (supostamente)
As reclamacións son salvaxes . 50% máis? 100% máis? Quen sabe. No papel funcionan as matemáticas. En realidade? Xa veremos.
Toyota segue dicindo que terá baterías de 900 millas para 2027 ou 2028 ou algo así. Crereino cando estea literalmente conducindo o coche. Ata entón é vaporware.
3. Carga máis rápido (quizais)
Algúns dos electrólitos cerámicos supostamente poden manexar moita máis corrente sen degradarse. Así como cargas completas de 10 minutos.
Vin este traballo nun laboratorio? Si, unha vez, nunha batería de moeda do tamaño da miña miniatura.
Vin que funcionaba cunha batería do tamaño dun -automóbil? Non. Ninguén ten. Son todos datos de simulación e probas a pequena-escala.
4. Dura máis (pensamos)
Sen que se rompa o líquido, deberías obter máis ciclos de carga. O-ión de litio normal é bo para 500-1000 ciclos, dependendo de como o trates. O estado sólido debería facelo mellor.
Pero aquí está o - que aínda non sabemos porque ninguén os usa desde hai 10 anos. Non se pode probar a-fiabilidade a longo prazo nun laboratorio. Só tes que esperar e ver.
Agarda con que estamos comparando isto?
Oh carallo, si, probablemente debería explicar o que hai agora. Meu malo.
Ion-de litio normal (o que hai en todo)
O teu teléfono, portátil, probablemente o teu coche se é eléctrico
Enerxía: ~250-300 Wh/kg (é dicir, vatios-hora por quilogramo, unidades nerd)
Barato de facer agora porque o estivemos facendo desde sempre
Absolutamente arderá se o perforas ou o sobrecargas
Gardo un balde de area no meu laboratorio por se acaso
Baterías LFP (fosfato de ferro de litio)
Máis seguro, non se incendiará aínda que o intentes
Menor densidade de enerxía aínda que - ao redor de 160-180 Wh/kg
Dura para SEMPRE como 3000+ cargos
Máis barato que outros tipos de litio
Isto é o que hai no modelo base de Tesla agora creo? Non me cites niso
NMC/NCA (Os Caros)
Níquel Manganeso Cobalto o Níquel Cobalto Aluminio
Alto rendemento, 250-280 Wh/kg
Usa cobalto que... si, hai problemas de traballo infantil no Congo, outra desorde
Máis caro
Mellor rendemento aínda que non mentira
Estado-sólido (A criatura mítica)
RECLAMACIONS 400-500 Wh/kg
Moito máis caro agora
A fabricación é basicamente maxia negra neste momento
Máis seguro supostamente pero tampouco temos datos suficientes
Está ben, pero que é realmente bo deles?
Mira, son escéptico sobre a maioría das cousas, pero o estado sólido-ten vantaxes reais. Non vou pretender o contrario.
A seguridade é mellor.
Eu persoalmente probei os dous tipos. Co ión de litio-normal usamos escudos faciais e temos extintores por todas partes. Con prototipos de estado sólido-? Aínda con coidado, pero menos "isto pode explotar" enerxía.
O mes pasado tivemos un curtocircuíto de células de proba. Un-sólido acaba de quentarse e deixou de funcionar. Se iso fora ión de litio-normal, seguro que teriamos un incendio.
O tamaño/peso é real SE entregan.
400 Wh/kg de produción serían realmente revolucionarios. A batería do teu vehículo eléctrico pode pesar a metade para o mesmo rango. OU mesmo peso, o dobre do rango.
Pero iso é un gran SE. Os resultados do laboratorio non sempre se traducen en produción. Diablos, normalmente non traducen.
O rendemento da temperatura debería ser mellor.
Os electrólitos sólidos traballan a intervalos de temperatura máis amplos que os líquidos. A batería do teu coche no inverno de Chicago a -20 graos F? Debería funcionar mellor. Verán de Arizona a 120 graos F? Tamén mellor.
Aínda que a historia divertida -, algúns electrólitos cerámicos deben manterse cálidos para que funcionen ben. Polo tanto, necesitas un aquecedor para a túa batería. Que usa poder. Tipo de derrota o propósito lol.
Sen dendritas.
Isto está dentro do béisbol pero o que sexa. Cando cargas baterías de litio, pequenas puntas metálicas chamadas dendritas poden crecer dun electrodo cara ao outro. Finalmente atravesan o separador e curtocircuítan a batería. Así morren a maioría das baterías de-ións de litio.
Suponse que os electrólitos sólidos bloquean as dendritas. Materiais duros, non poden atravesar. En teoría.
Na práctica? Eh. Vimos dendritas crecer a través dalgúns electrólitos sólidos. A ciencia dos materiais é difícil.
Os problemas que todos ignoran (pero eu non)
Ben abróchate o cinturón porque é aquí onde vou cabrear a algunhas persoas.
Apenas traballan agora mesmo.
Sentímolo! É certo! A maioría das baterías de estado sólido-revolucionarias das que leu nos comunicados de prensa? Funcionan durante 10 ciclos. Quizais 50 se tes sorte. En perfectas condicións de laboratorio. Exactamente a 25 graos. Cunha brisa suave do nordeste.
A batería do teu coche ten que funcionar durante 1000+ ciclos no inverno de Minnesota e no verán de Texas e en todas partes. Nin sequera estamos preto aínda a escala.
Estiven nunha conferencia o ano pasado (Battery Symposium en Orlando, marzo de 2024) e vin unha presentación dunha startup que reclamaba 500 ciclos. Despois foron ao seu posto. Pedidos detalles. Caláronse moi rápido. Resulta que eses 500 ciclos tiñan unha taxa de carga de 0,1 C con 4 horas entre cargas. Completamente inútil para aplicacións reais.
A fabricación é un pesadelo absoluto.
Levamos 30+ anos descubrindo como facer que as baterías de-ións de litio sexan baratas e fiables. As fábricas, o equipamento, o control de calidade - todo está marcado.
Estado{0}sólido? Comezando de cero.
Equipos diferentes. Diferentes procesos. Diferentes modos de falla. Todo é máis difícil.
Falei con un rapaz de QuantumScape o mes pasado (os dous estabamos nun bar do aeroporto, tomara como 3 cervexas, volveuse charlar) e dixo que o seu maior problema xa non é nin a tecnoloxía. Está a descubrir como facer 10.000 baterías que sexan todas idénticas. A coherencia a escala é TAN DIFÍCIL.
O problema da interface está matando a todos.
Isto é técnico pero importante: onde o electrólito sólido toca o electrodo sólido, obtén resistencia. É como tentar facer pasar electricidade a través de dúas superficies rugosas unidas entre si. Non é un gran contacto.
Co electrólito líquido, o líquido enche todos os ocos microscópicos. Contacto perfecto en todas partes. Con sólido-activado-solid? Non tanto.
A xente está a probar todo: revestimentos especiais, aplicar presión, quentalo, novos materiais, capas de sacrificio, zonas tampón. Aínda non funciona nada perfectamente. Cada solución crea novos problemas.
Rachan e iso é moi malo.
Os electrólitos sólidos de cerámica son fráxiles. Cando se cargan as baterías, inchan lixeiramente. Descarga, encóllense. Fai isto 1000 veces e a cerámica pode racharse.
Un pequeno crack=batería esgotada. A humidade entra, o rendemento baixa, o xogo remata.
Vin fermosas células de estado sólido-que funcionaron perfectamente durante 50 ciclos, que se rachaban e que deixaron de funcionar. Desgarrador. E caro.
Os electrólitos de polímero non se rachan tan facilmente, pero teñen unha condutividade iónica moito menor. Compromiso-sempre.
O custo dáme ganas de chorar.
As estimacións actuais sitúan as baterías de estado sólido-en 10-20 veces o custo das de iones de litio normal. Por kWh.
Si, os custos baixarán coa escala. Sempre o fan. Pero estamos a falar de ANOS de desenvolvemento e de MILLÓNS de investimento de capital antes de chegar á paridade de custos.
As células 4680 de Tesla custan 100 dólares/kWh. O estado sólido-pode ser de 1.000 $/kWh neste momento. Quizais máis. Ninguén publica números reais porque son vergoñentos.
Quen está a facer realmente estas cousas? (E quen só fala diso)
Está ben, isto vai ser desordenado porque hai como 50+ empresas que afirman que están "a punto de revolucionar as baterías", pero permíteme centrarme en quen está a facer cousas:
QuantumScape- Probablemente o máis avanzado para as aplicacións de automoción. Usando separador cerámico. Apoiado por VW e Bill Gates. As súas accións pasaron de $ 130 a $ 10. Ai. Pero aínda están traballando e mostraron uns resultados decentes de proba. A liña do tempo segue escorregando aínda que é... preocupante pero tamén realista? Non sei como sentirme por eles sinceramente.
Poder Sólido- BMW e Ford apoiaron. Electrolito de sulfuro. Por última vez oín que aínda tiñan problemas de fabricación. A súa liña de tempo tamén se deslizou. As liñas de tempo de todos deslizan. É o pasatempo favorito da industria da batería.
Samsung SDI- En realidade TEÑEN baterías de estado sólido-en produción! Pero pequenos. Para wearables. Dispositivos médicos. Hearables (si, é unha palabra ao parecer). As cousas do -tamaño do coche? Aínda en desenvolvemento. Din 2027. Eu digo 2029-2030 con realismo.
Toyota- Ai, rapaz. Toyota leva prometendo avances en-batería de estado sólido desde antes de comezar a traballar neste campo. Presentan máis patentes que ninguén. Fan grandes anuncios todos os anos. E aínda así... sen produtos.
QUERO crer neles. Son Toyota. Saben de fabricación. Pero engáñame unha vez, vergoña de ti. Engáñame 47 veces...
Dixeron 2025, despois 2027, agora é 2027-2028. Poñerei cartos en 2030 como mínimo.
Nissan- Ser máis tranquilo ao respecto, o que realmente respecto. Digamos que terán produción piloto para 2024-2025. Cronograma máis realista que algúns outros. Creo que traballas coa NASA nalgunhas cousas? Non me cites.
CATL- Empresa chinesa, o maior fabricante de baterías do mundo. Cando se moven, todos se dan conta. Están traballando en estado sólido-pero son MOI conservadores coas predicións. O que me fai confiar máis neles. Coñecen a escala de fabricación. Saben o que é difícil.
StoreDot- Startup israelí, foco de carga rápida extrema. Demos xeniais. A escala é a cuestión. Sempre a pregunta.
Tamén hai Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... literalmente ducias máis. A maioría fracasará. Así é como funciona. Os arranques de batería teñen unha taxa de éxito do 5%.
Podes mercar un agora mesmo?
Resposta curta:Non.
Resposta máis longa:Aínda non, a non ser que esteas a mercar un prototipo de EV por máis de 500.000 dólares ou algunha pequena batería especializada para equipos médicos.
Resposta aínda máis longa:Samsung ten algunhas baterías-sólidas dispoñibles, pero son caras e pequenas. Estamos falando como unha pila de moeda. Non é útil para a maioría das aplicacións.
Os primeiros produtos de consumo reais con estado sólido-serán probablemente:
Smartphones premium- Samsung ou Apple quererán presumir. "Primeiro teléfono con batería de estado sólido-!" Gran mercadotecnia. Probablemente 2026-2027.
Vehículos eléctricos de produción limitada- Algunha marca de luxo fará 500 unidades con baterías de estado sólido-. Custo $200k. Demostrar que a tecnoloxía funciona. 2027-2028.
Bicicletas/scooters eléctricos-de gama alta- A batería máis pequena fai que sexa máis económicamente viable. 2026?
Mercado de masas? Home que non coñezo. 2030 como moi pronto. Quizais 2032-2035 para estar seguro. E aínda así, "mercado masivo" pode significar "actualización opcional por 10.000 dólares".
Probablemente estou sendo pesimista. Pero fun decepcionado demasiadas veces.
Para que se van usar realmente?
Agora mesmo? Presentacións de PowerPoint principalmente.
Pero en serio:
Coches eléctricos- Isto é o que lle importa a todos. 500+ millas de autonomía, 10 minutos de carga, máis lixeiro e seguro. Cambiaría realmente o mercado dos vehículos eléctricos. SE pasa.
Teléfonos e Portátiles- Imaxina que o teu teléfono dura 2 días completos cun uso intensivo. Ou sendo a metade do grosor. Ou nunca máis ter situacións de Samsung Note 7. Ese é o soño.
Implantes Médicos- Aquí é onde XA se están usando algunhas baterías de estado sólido-! Os marcapasos necesitan baterías que non fallarán nin se filtrarán ao 100 % no seu corpo. O estado sólido-é perfecto para iso. Batería pequena, non ten que ser barata, a seguridade é todo.
Drones/Aviación- Os avións eléctricos necesitan a maior densidade de enerxía posible. Cada gramo importa. O estado sólido-podería facer que a aviación eléctrica sexa realmente viable máis aló dos pequenos drons.
Almacenamento en rede- Quizais? Pero sinceramente para o almacenamento estacionario, o peso non importa. A LFP xa é o suficientemente barata e segura. Difícil de superar en custos. O estado sólido-necesitaría ser REALMENTE barato para competir aquí.
¿Deberías esperar ao estado sólido-antes de comprar un vehículo eléctrico?
Pregúntanme isto constantemente. Nas festas (os enxeñeiros de batería van a festas ben), nas conferencias, parentes aleatorios en Facebook.
Resposta: Non. Non esperes.
Se queres un EV agora, compra un EV agora. Os vehículos eléctricos actuais son moi bos! Modelo 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, todas opcións sólidas. Tecnoloxía comprobada. Fiabilidade coñecida.
No momento en que existan vehículos eléctricos-sólidos asequibles:
Xa levarás 5+ anos conducindo o teu vehículo eléctrico actual
A tecnoloxía seguirá sendo de primeira-xeración con problemas descoñecidos
A infraestrutura de carga será aínda mellor
Os prezos dos vehículos eléctricos usados poderían caer quen sabe
Se planeas mercar a finais de 2027 ou 2028? ENTÓN quizais agarde a ver o que se publica realmente. Pero non deixes a túa vida en espera.
A tecnoloxía está a mellorar sempre. Sempre hai algo mellor "pronto". Non podo esperar para sempre.
Agardei para mercar un televisor 4K ata 2019. Sabes que pasou? Eles foron máis baratos e mellores. Pero tamén non tiven un televisor 4K durante 6 anos. Pagou a pena? Sinceramente... non. Debería ter comprado un.
Os números de densidade de enerxía son mentiras (tipo de)
Vale non mentiras. Pero enganoso.
Todo o mundo bota números de densidade de enerxía. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Isto é o que non che din:
CÉLULAS actuais de-ión de litio: 250-300 Wh/kg
PAQUETES actuais de iones de litio{0}: 150-200 Wh/kg
Ves a diferenza? O paquete inclúe carcasa, refrixeración, cableado e sistemas de xestión da batería. Como un 30-40% do peso da batería nin sequera é batería.
Reclamacións de-CELL de estado sólido: 400-500 Wh/kg
Realidade de-paquete de estado sólido: Quen sabe? 250-350 Wh/kg quizais?
Entón, cando Toyota di "o dobre de densidade de enerxía!" están a comparar os números de células do mellor-caso cos números de paquete actuais. Non mazás a mazás.
A mellora real a nivel de paquete probablemente será do 50-75%. Que aínda é xenial! Realmente xenial! Pero non a revolución que implica o marketing.
Ademais, a densidade de enerxía non o é todo. A densidade de enerxía importa (a que velocidade se descarga). A vida do ciclo importa. Rendemento da temperatura. O custo por kWh é o máis importante para a adopción masiva.
Unha batería que custa $2000/kWh con 500 Wh/kg é peor que unha batería que custa $100/kWh con 250 Wh/kg. Para a maioría das aplicacións de todos os xeitos.
As miñas recomendacións reais
Se es unha persoa normal:Esqueza que o estado sólido-existe polo momento. Compra o que necesites coa tecnoloxía actual. Funciona ben.
Se estás a mercar un vehículo eléctrico en 2025-2026:Compra agora co actual-ión de litio. Non esperes. O futuro perfecto EV non chegará o suficientemente pronto.
Se es un investidor:Isto é de alto risco, alta recompensa. Apostaría por xogadores establecidos (Samsung, Toyota, CATL) sobre startups. Pero iso só son eu. Son reacio-o risco porque vin demasiadas baterías que se inician fallando e ardendo. Literalmente nun caso.
Se es enxeñeiro:Entra neste campo! É frustrante como o inferno, pero realmente emocionante. Só prepárate para un progreso lento e moitos camiños sen saída.
Se planeas mercar en 2027-2028:Comeza a prestar atención a quen realmente entrega e quen só fai anuncios. O meu diñeiro está en Samsung e quizais en Nissan.
Que NON facer:Non compre "pilas sólidas-disponibles agora!" de sitios web esbozados. Están mentindo. Se é real, estará nos principais medios de comunicación e dos principais fabricantes.
Ah, e unha cousa máis: se precisas baterías AGORA e queres algo entre o-ión de litio normal e o estado sólido-soña? Miradebaterías de polímero de litio. Non son-sólidos, pero son moito máis seguros que o li-estándar, non teñen fugas e podes obtelos hoxe. Úsase en toneladas de material RC e nalgúns teléfonos. Non é revolucionario pero está dispoñible lol.
