Las baterías de estado sólido (SSB, solid state batteries) representan la próxima generación del almacenamiento energético, ofreciendo mayor densidad de energía, tiempos de carga más rápidos y una seguridad superior en comparación con las baterías de ion-litio convencionales. Entre las ventajas destacadas, las SSB podrían alcanzar vidas útiles de 15-20 años y tiempos de carga de solo 3-12 minutos para alcanzar el 80 % de su capacidad, gracias a la eliminación del electrolito líquido y a su mayor integridad estructural.

La simulación es clave para entender y optimizar su comportamiento, permitiendo analizar el transporte iónico, las reacciones electroquímicas y las tensiones mecánicas dentro de un mismo entorno de modelado. En este sentido, COMSOL Multiphysics^® se presenta con una herramienta con enorme potencial [1]. En el tutorial “Heterogeneous Model of a Solid-State Battery Unit Cell” [2], se presenta un modelo heterogéneo de una batería SSB en COMSOL Multiphysics^®. El modelo de celda, cuya geometría se muestra en la Figura 1, incluye:

• Electrodo positivo compuesto: el material activo se aproxima mediante partículas esféricas, y un electrolito sólido rellena los espacios vacíos.
• Electrodo negativo de litio metálico.
• Separador de electrolito sólido entre el electrodo positivo y el negativo.

La Figura 2 muestra el entorno de modelización y simulación de este ejemplo de SSB en COMSOL Multiphyscis^®. Los módulos recomendados para realizar este tipo de simulaciones son: Battery Design Module, CAD Import Module, Structural Mechanics Module, y Nonlinear Structural Materials Module.

Figura 1. Geometría de la batería SSB modelizada en COMSOL Multiphysics®.

Figura 2. Entorno de simulación en COMSOL Multiphysics® para un modelo de SSB.

Referencias

[1] COMSOL Blog, Modeling a Solid-State Battery Cell in COMSOL Multiphysics® (2025).
[2] COMSOL Application Library: Heterogeneous Model of a Solid-State Battery Unit Cell