Lo último en baterías para coches eléctricos: 650km de autonomía real

Las baterías de los coches eléctricos son el componente esencia para conseguir que éstos sean más atractivos e interesantes, y puedan, luego, salir a popularizarse: de ellas dependen la autonomía, precio, velocidad de recarga y vida útil del transporte, aspectos fundamentales que frenan todavía a muchos usuarios.

Desde los primeros automóviles eléctricos, en poco más de 100 abriles hemos conocido una transformación de las baterías importante: desde las vetustas de plomo-ácido o níquel-hierro, hasta las actuales de iones de litio, se ha conseguido aumentar más de 12 veces la autonomía de un coche eléctrico.

Gracias al importante brinco tecnológico que han donado las baterías en los últimos abriles, cada vez más fabricantes de automóviles se han animado a desarrollar nuevos modelos de coches eléctricos, con promesas bastante atractivas para los próximos 4 años, con autonomías homologadas NEDC que se moverán entre los 400 y los 600 km.

El futuro presente: níquel y cobalto

Chevrolet Bolt Bateria 60 Chevrolet Bolt EV (en Europa Opel Ampera-e, con muy ligeros cambios estéticos), monta lo final en baterías de LG Chem: mide 4,17 m de holgado pero su conjunto tiene una capacidad más que destacada de 60 kWh (para conseguir una autonomía homologada NEDC de 520 km)

Por ser la química de celdas de conjunto con longevo densidad energética, actualmente todos los coches eléctricos que se comercializan recurren a baterías de iones de litio con electrólito fluido, esto es: el material que se encuentra entre el cátodo (electrodo cenizo) y el ánodo (electrodo positivo), y que permite la transferencia de electrones, es una alternativa líquida.

Dentro de las baterías de iones de litio hay a su vez diferentes subtipos de estas, con pequeñas diferencias químicas, al consumir diferentes fundamentos en el cátodo y el ánodo, o diferentes proporciones entre estos (por ejemplo las baterías de litio-hierro-fosfato son las más económicas, aunque tienen incluso menos capacidad por pelotón de grosor y masa).

El brinco más importante que estamos viviendo ahora mismo, para tener lugar de autonomías homologadas en el caduco ciclo europeo NEDC de unos 150 a 200 km, hasta los actuales 400 a 500 km, ha sido gracias al empleo de nuevas celdas de conjunto de iones de litio con níquel y cobalto (aunque incluso ha ayudado una distribución de las celdas y componentes internos de la conjunto más compacta, que aprovecha mejor el grosor del paquete de conjunto).

El Renault ZOE de 403 km de autonomía (NEDC) y el Opel Ampera-e de 520 km de autonomía (NEDC) llevan baterías con celdas de litio-níquel-manganeso-cobalto fabricadas por LG Chem

Normalmente se emplean ánodos de mina, o mina y silicio, y cátodos de litio, níquel, cobalto y aluminio, por ejemplo Panasonic, para Tesla, o de litio, níquel, manganeso y cobalto, por ejemplo LG Chem, para Renault, Chevrolet, Opel, Volkswagen y otros fabricantes.

Estas últimas tienen adicionalmente la preeminencia de que tienen incluso una longevo vida útil (aproximadamente el doble) que las conjunto de iones de litio “antiguas”, mientras que mantienen o mejoran sutilmente la velocidad de recarga y escasamente aumentan el peso de la conjunto (poco menos de un 10 %). Eso sí, son poco más caras, aunque el impacto en el precio final de saldo del coche se quede entre un 5 y un 10 % aproximadamente.

Hemos pasado luego de una densidad energética de poco más de 250 Wh/l (y una energía específica de unos 100 Wh/kg) de las primeras baterías de iones de litio, hasta aproximadamente entre 400 Wh/l (180 Wh/kg) y 650 Wh/l (250 Wh/kg). Esta es la efectividad presente en la que se basan la mayoría de los fabricantes para proponer nuevos modelos de coches eléctricos con una autonomía bastante digna, rodeando de los 500 km homologados NEDC (unos 375 km WLTP).

Y a partir de aquí, ¿qué más?

Tesla Panasonic Tesla emplea celdas de conjunto de Panasonic. Nissan por ahora emplea las de NEC (consorcio AESC). Renault usa las de LG Chem, como Grupo Volkswagen, Chevrolet y Opel, Hyundai y Kia, Ford, o Mercedes-Benz y smart. BMW recurre a Samsung SDI.

Las baterías de iones de litio con níquel y cobalto todavía tienen varios abriles de reconvención, entre otras cosas porque es necesario que bajen de precio de guisa importante para que adicionalmente de autonomía medianamente digna, podamos murmurar de coches eléctricos de precio asequible. Esto tardará algo en llegar, ya veremos exactamente cuánto, pues hay quien deje del año 2030, y otros hablan de 2023, pero en principio salir, debería salir.

A partir de aquí entramos en el ámbito de las baterías todavía en etapa de investigación o experimentación en laboratorio, por lo que debemos ser prudentes y entender que son baterías que tal vez lleguen a comercializarse o tal vez no, y siquiera puede ratificarse una vencimiento exacta para su aparición.

Un nuevo tipo de conjunto de litio sería la de litio y azufre. Sigue empleando electrólito fluido, y su energía específica podría superar los 350 Wh/kg. El pequeño problema es que tienen que utilizar incluso grafeno, una estructura de carbono que, pese a alguna que otra ilusionante promesa (finalmente de dudosa realidad), todavía es complicada de producir a gran escalera y bajo coste.

LG Chem se ha hecho con los derechos de fabricación de la tecnología de Sion Power, casi garantizándose que puede retornar a mejorar la autonomía de los coches eléctricos en el interior de muy poco (y sería la segunda vez que lo hace)

Otra importante transformación de las baterías de litio sería tener lugar de los iones de litio al litio metal, protegido contra la corrosión. Así se promete por ejemplo hasta triplicar la capacidad de las baterías de litio básicas (aunque volvemos a depender del grafeno). Quizás la propuesta más seria sea Licerion de Sion Power, con baterías de hasta 700 Wh/l de densidad energética (400 Wh/kg de energía específica).

Sion power lleva varios abriles colaborando con BASF en la investigación y recientemente LG Chem ha adquirido los derechos para la fabricación y comercialización de celdas y baterías a nivel industrial.

Cambiar el electrólito fluido por uno sólido

Nissan Leaf Bateria 60 Con tecnología arreglado en 2016, en el mismo grosor del paquete de conjunto del Nissan LEAF caben 60 kWh (que inicialmente en 2010 tenía tan solo 24 kWh de capacidad, y 175 km de autonomía NEDC)

Otra desafío muy seria, aunque todavía tengamos que esperar algunos abriles para verla comercializada, son las baterías de estado sólido, un paso más allá de las baterías de litio metal. Aquí tanto Samsung como LG Chem están muy cerca de conseguirlo: primero parece que llegarían para dispositivos electrónicos móviles (rodeando de 2020, dicen), y más delante para vehículos eléctricos (alrededor de 2025).

En estas baterías la esencia es que en superficie de un eletrólito fluido entre el cátodo y el ánodo, se emplea un electrólito sólido (y ya no hay problema de corrosión, ni siquiera se necesitan separadores). Bosch no se ha quedado siquiera de brazos cruzados, compró a Seeo, y también anda detrás de este tipo de batería.

Todo son ventajas con esta nueva celda y podría ser la protagonista de la próxima término: casi duplica la densidad energética de una conjunto de iones de litio flagrante (aproximadamente 1.200 Wh/l), no se calienta tanto, el aventura de incendio es casi cero, se recarga más rápido (teóricamente 6 veces más rápido) y su vida útil es longevo.

Esto quiere proponer que nos iríamos a coches eléctricos de tamaño medio y precio más o menos asequible con más de 650 km de autonomía existente (que vendrían a ser poco más de 800 km en el flagrante ciclo de homologación europeo NEDC, a punto de desaparecer). Con baterías así el coche de hidrógeno lo va a tener mucho más difícil.

Las baterías de estado sólido se harán esperar hasta la próxima término, pero van a suponer una restablecimiento indiscutible en la autonomía de los coches eléctricos: más allá de los 650 km de autonomía existente

En esta misma andana tenemos la conjunto de estado sólido, con un electrólito cristalizado y sodio metal, en superficie de litio metal, siendo más barata y teniendo incluso mayor capacidad. Se podrían alcanzar los 650 Wh/kg de energía específica. Esto es muy interesante adicionalmente porque se cambia de material pulvínulo de la química de la conjunto (ya no sería litio), y se evitaría así sobre-demanda o problemas de suministro.

Detrás está el anciano físico germánico, nacionalizado norteamericano, John. B. Goodenough, al que se le reconoce como coautor de las baterías de iones de litio, cuando en 1980 su equipo de la Universidad de Oxford consiguió desarrollar un cátodo de óxido de cobalto y litio. Hubo que esperar hasta 1991 para tener una entre las manos, cuando Sony lanzó la primera conjunto de iones de litio comercial, en una de sus cámaras de vídeo.

Toyota parece ser el primer fabricante en anunciar que lanzará un coche eléctrico con conjunto de estado sólido en 2022. Aunque la marca japonesa ha donado de flanco durante varios abriles a los coches eléctricos, centrándose en su gallinácea de los huevos de oro, los coches híbridos de gasolina, lo cierto es que desde el año 2008 tiene una división específica de investigación de baterías revolucionarias, de estado sólido y de metal-aire, que se conocía como la conjunto de Sakichi, para 1.000 km de autonomía.

Como acabamos de ver, otra andana de investigación de baterías del futuro con todavía longevo densidad energética es la de las baterías de celdas de metal-aire. Aquí el metal puede ser diferente, litio, sodio o aluminio. Prometen la longevo energía específica de todas, por encima de 1.600 Wh/kg. BASF por ejemplo también anda investigando este tipo (pero aquí no se deje todavía de fechas).

Otros tipos de acumuladores

Repostando Electrolito Nanoflowcell Este boquerel doble repostaría a la vez los dos electrolitos del sistema Nanoflowcell de ‘baterías de flujo’

Aparte de las baterías recargables tal como las conocemos hoy en día (situar en una toma de corrientepara recargar, durante cierto número de ciclos de carga y descarga), incluso se están investigando otros tipos de acumuladores para vehículos eléctricos.

Por una parte tenemos las baterías de electrólito repostable. Es una andana de trabajo de la que tuvimos noticias en 2011 por parte del MIT: en superficie de situar el coche para recargar la conjunto con energía eléctrica, se vacían y se rellenan dos depósitos con un electrólito cargado, uno positivo y otro cenizo (es en verdad agua con sales disueltas), que luego interactuarán a través de una membrana porosa, generándose la corriente eléctrica. Su principio es muy similar al de las pilas de combustible.

Esto es lo que incluso se conoce como baterías de flujo, o de celdas semi-sólidas de flujo. Es lo que propone por ejemplo la marca NanoFlowCell, que incluso ha presentado varios prototipos de coches eléctricos que emplean este tipo de conjunto bajo la marca Quant, con hasta 1.000 km de autonomía, como el Quant 48Volt, el Quant e-Sportlimousine, o el Quantino.

El problema de este sistema no es que no funcione, sino que necesita de la existencia de una infraestructura de repostaje de los electrólitos (que no hay que pincharse en este caso), y que el coche en sí lleva dos depósitos de 159 litros cada uno, lo que supone añadir asaz peso. Se dice que cada litro de electrólito cuesta del orden de 0,10 euros, así que guatar el depósito vendrían a ser casi 32 euros con los que recorrer entre 800 y 1.000 km.

Para ciertos tipos de vehículos eléctricos, en superficie de baterías se emplearán supercondensadores

Los condensadores son dispositivos eléctricos capaces de acumular energía eléctrica durante la carga gracias a un campo eléctrico, y devolverla posteriormente al circuito cuando cesa la carga. Su preeminencia es que se pueden cargar y descargar muy rápidamente, en tan solo segundos, y tienen una vida útil en realidad larga, pero el inconveniente es que la capacidad (su energía específica o densidad energética) es pequeño que en las baterías de iones de litio.

Para mejorar la capacidad se recurre a los supercondensadores. Hoy en día ya existen, pero su energía específica, alrededor de 30 Wh/kg, no llega a ser tan entrada como con las baterías. Se emplean por ejemplo en algunos autobuses eléctricos urbanos que se recargan muy rápidamente en las paradas, como por ejemplo en este proyecto de Tosa y ABB para Ginebra.

Para aumentar todavía más su capacidad se están investigando supercondensadores de grafeno, que pueden alcanzar por ejemplo los 64 Wh/kg de energía específica.

Intentando aunar lo mejor de entreambos mundos, incluso existen los bacitores, incluso conocidos como supercondensadores híbridos o LIC, por ser una combinación de condensador y conjunto de ion litio. Por ahora se han empleado en coches de competición híbridos, pero ya veremos dónde llega su transformación.

El futuro del automóvil será eléctrico… ya no hay duda

Como acabamos de repasar, el campo relativo a la acumulación de energía eléctrica tiene asaz ganancia de restablecimiento todavía, y ahora, con cada vez más fabricantes de automóviles convencidos de lanzar coches eléctricos, y con los grandes fabricantes mundiales de electrónica interesados en entrar al mundo del automóvil como proveedores, ya no hay duda de que hay negocio, y de que hay y habrá cada vez mejor tecnología de baterías y coches eléctricos, y que estos ya no tendrán problemas con la autonomía (ni con la vida útil de la conjunto). Una revolución de verdad se acerca.

Vídeo | ABB (en YouTube)
En Xataka | Guía de compras de coches eléctricos 2017: 44 modelos que están (o estarán) en el mercado


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