Esto será lo próximo en baterías para coches eléctricos: más de 650 km de autonomía real

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Renault Bateria 41

Las baterías de los autos eléctricos son el componente clave para lograr que éstos sean mas atractivos e interesantes, y puedan, por tanto, llegar a popularizarse: de ellas dependen la autonomía, precio, rapidez de recarga y vida util del vehículo, aspectos importantes que frenan aún a muchos usuarios.

Desde los primeros automóviles eléctricos, en algo mas de 100 años hemos visto una evolución de las baterías notable: desde las vetustas de plomo-ácido o níquel-hierro, hasta las modernas de iones de litio, se ha obtenido ampliar mas de doce veces la autonomía de un coche eléctrico.

Gracias al significativo salto tecnologico que han dado las baterías en los últimos años, cada vez mas creadores de automóviles se han animado a inventar nuevos ejemplos de autos eléctricos, con promesas suficiente atractivas para los próximos cuatro 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 último en baterías de LG® Chem: mide 4,17 m de largo sin embargo su batería tiene una capacidad mas que destacada de 60 kWh (para lograr una autonomía homologada NEDC de 520 km)

Por ser la química de celdas de batería con mayor densidad energética, actualmente todos los autos eléctricos que se comercializan recurren a baterías de iones de litio con electrólito líquido, esto es: el material que se localiza entre el cátodo (electrodo negativo) y el ánodo (electrodo positivo), y que acepta la transferencia de electrones, es una solucion líquida.

Dentro de las baterías de iones de litio hay a su vez distintos subtipos de estas, con pequeñas diferencias químicas, al emplear distintos elementos en el cátodo y el ánodo, o distintos proporciones entre estos (por ejemplo las baterías de litio-hierro-fosfato son las mas económicas, pese a que tienen además menos capacidad por unidad de volumen y masa).

El salto mas significativo que estamos viviendo ahora mismo, para suceder de autonomías homologadas en el caduco tiempo europeo NEDC de unos 150 a 200 km, hasta los modernas 400 a 500 km, ha sido gracias al empleo de nuevas celdas de batería de iones de litio con níquel y cobalto (aunque además ha auxiliado una distribucion de las celdas y elementos internos de la batería mas compacta, que utiliza preferible el volumen del pack de batería).

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 grafito, o grafito 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 ultimas tienen además la mejoría de que tienen además una mayor vida util (aproximadamente el doble) que las batería de iones de litio “antiguas”, mientras que llegaron o mejoran ligeramente la rapidez de recarga y apenas aumentan el peso de la batería (algo menos de un diez %). Eso sí, son algo mas caras, pese a que el choque en el valor final de venta del coche se quede entre un cinco y un diez % aproximadamente.

Hemos pasado por tanto de una densidad energética de algo mas de 250 Wh/l (y una energía específica de unos 100 Wh/kg) de las primeras baterías de iones de litio, hasta próximamente entre 400 Wh/l (180 Wh/kg) y 650 Wh/l (250 Wh/kg). Esta es la realidad presente en la que se basan la totalidad de los creadores para proponer nuevos ejemplos de autos eléctricos con una autonomía suficiente digna, alrededor de los 500 km homologados NEDC (unos 375 km WLTP).

Y a partir de aquí, ¿qué más?

Tesla Panasonic Tesla emplea celdas de batería 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 aún tienen muchos años de recorrido, entre otras cosas porque es imprescindible que bajen de valor de forma significativo para que además de autonomía medianamente digna, podamos hablar de autos eléctricos de valor asequible. Esto tardará algo en llegar, ya observaremos precisamente cuánto, pues hay quien habla del año 2030, y otros hablan de 2023, sin embargo en origen llegar, razones llegar.

A partir de aqui entramos en el terreno de las baterías aún en etapa de exploración o experimentación en laboratorio, por lo que debemos ser prudentes y comprender que son baterías que tal vez lleguen a comercializarse o tal vez no, y tampoco puede afirmarse una fecha exacta para su llegada.

Un nuevo tipo de batería de litio sería la de litio y azufre. Sigue usando electrólito líquido, y su energía específica podría superar los 350 Wh/kg. El diminuto dilema es que tienen que usar además grafeno, una estructura de carbono que, pese a alguna que otra ilusionante promesa (finalmente de dudosa realidad), aún es complicada de generar a enorme escala y bajo coste.

LG Chem se ha hecho con los derechos de fabricación de la tecnología de Sion Power, casi garantizándose que puede regresar a optimizar la autonomía de los autos eléctricos dentro de muy poco (y sería la segunda vez que lo hace)

Otra significativo evolución de las baterías de litio sería suceder de los iones de litio al litio metal, protegido contra la corrosión. Así se ofrece por ejemplo hasta triplicar la capacidad de las baterías de litio básicas (aunque volvemos a depender del grafeno). Quizás la oferta mas 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 muchos años colaborando con BASF en la exploración y actualmente LG Chem ha adquirido los derechos para la fabricación y comercialización de celdas y baterías a nivel industrial.

Cambiar el electrólito líquido por uno sólido

Nissan Leaf Bateria 60 Con tecnología habilitada en 2016, en el mismo volumen del pack de batería del Nissan LEAF caben 60 kWh (que principalmente en 2010 tenía tan solo 24 kWh de capacidad, y 175 km de autonomía NEDC)

Otra apuesta muy seria, pese a que aún tengamos que permanecer algunos años para verla comercializada, son las baterías de estado sólido, un paso mas allá de las baterías de litio metal. Aquí tanto Samsung® como LG® Chem están muy cerca de conseguirlo: 1° parece que llegarían para dispositivos electrónicos moviles (alrededor de 2020, dicen), y mas adelante para vehículos eléctricos (alrededor de 2025).

En estas baterías la clave es que en lugar de un eletrólito líquido entre el cátodo y el ánodo, se emplea un electrólito sólido (y ya no hay dilema de corrosión, ni tampoco se exigen separadores). Bosch no se ha quedado tampoco de brazos cruzados, compró a Seeo, y también anda atras de este tipo de batería.

Todo son mejorías con esta nueva celda y podría ser la personaje de la próxima década: casi duplica la densidad energética de una batería de iones de litio vigente (aproximadamente 1.200 Wh/l), no se calienta tanto, el riesgo de incendio es casi cero, se recarga mas veloz (teóricamente seis veces mas rápido) y su vida util es mayor.

Esto quiere mencionar que nos iríamos a coches eléctricos de tamaño medio y valor mas o menos accesible con mas de 650 km de autonomía real (que vendrían a ser algo mas de 800 km en el vigente ciclo de homologación europeo NEDC, a punto de desaparecer). Con baterías así el coche de hidrógeno lo va a tener mucho mas difícil.

Las baterías de estado sólido se harán permanecer hasta la próxima década, sin embargo van a suponer una mejora indiscutible en la autonomía de los autos eléctricos: mas allá de los 650 km de autonomía real

En esta misma linea tenemos la batería de estado sólido, con un electrólito cristalizado y sodio metal, en lugar de litio metal, siendo mas barata y teniendo inclusive mayor capacidad. Se podrían lograr los 650 Wh/kg de energía específica. Esto es muy atrayente además porque se cambia de material base de la química de la batería (ya no sería litio), y se evitaría así sobre-demanda o problemas de suministro.

Detrás esta el anciano fisico alemán, nacionalizado norteamericano, John. B. Goodenough, al que se le reconoce como coautor de las baterías de iones de litio, cuando en 1980 su dispositivo de la Universidad de Oxford obtuvó inventar un cátodo de óxido de cobalto y litio. Hubo que permanecer hasta 1991 para tener una entre las manos, cuando Sony® lanzó la 1ª batería de iones de litio comercial, en una de sus cámaras de vídeo.

Toyota parece ser el 1° desarrollador en anunciar que lanzará un coche eléctrico con batería de estado sólido en 2022. Aunque la marca japonesa ha dado de lado durante muchos años a los autos eléctricos, centrándose en su gallina de los huevos de oro, los autos híbridos de gasolina, lo cierto es que desde el año 2008 tiene una division específica de exploración de baterías revolucionarias, de estado sólido y de metal-aire, que se conocía como la batería de Sakichi, para 1.000 km de autonomía.

Como acabamos de ver, otra linea de exploración de baterías del futuro con aún mayor densidad energética es la de las baterías de celdas de metal-aire. Aquí el metal puede ser diferente, litio, sodio o aluminio. Prometen la mayor energía específica de todas, por encima de 1.600 Wh/kg. BASF por ejemplo además anda buscando este tipo (pero aqui no se habla aún de fechas).

Otros tipos de acumuladores

Repostando Electrolito Nanoflowcell Este boquerel doble repostaría a la vez los 2 electrolitos del metodo Nanoflowcell de ‘baterías de flujo’

Aparte de las baterías recargables tal como las sabemos hoy en dia (enchufar en una toma de corrientepara recargar, durante cierto numero de ciclos de carga y descarga), además se están buscando otros tipos de acumuladores para vehículos eléctricos.

Por una parte tenemos las baterías de electrólito repostable. Es una linea de trabajo de la que tuvimos novedades en 2011 por parte del MIT: en lugar de enchufar el coche para recargar la batería con energía eléctrica, se vacían y se rellenan 2 depósitos con un electrólito cargado, uno positivo y otro negativo (es en verdad agua con sales disueltas), que despues interactuarán a través de una membrana porosa, generándose la corriente eléctrica. Su origen es muy parecido al de las pilas de combustible.

Esto es lo que además se conoce como baterías de flujo, o de celdas semi-sólidas de flujo. Es lo que propone por ejemplo la marca NanoFlowCell, que inclusive ha mostrado muchos prototipos de autos eléctricos que emplean este tipo de batería bajo la marca Quant, con hasta 1.000 km de autonomía, como el Quant 48Volt, el Quant e-Sportlimousine, o el Quantino.

El dilema de este metodo no es que no funcione, sino que necesita de la existencia de una infraestructura de repostaje de los electrólitos (que no hay que vaciar en este caso), y que el coche en sí lleva 2 depósitos de 159 litros cada uno, lo que cree agregar suficiente peso. Se dice que cada litro de electrólito cuesta del orden de 0,10 euros, así que llenar el depósito vendrían a ser casi 32 euros con los que avanzar entre 800 y 1.000 km.

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

Los condensadores son dispositivos eléctricos capaces de almacenar energía eléctrica durante la carga gracias a un campo eléctrico, y devolverla después al circuito cuando cesa la carga. Su mejoría es que se pueden cargar y bajar muy rápidamente, en tan solo segundos, y tienen una vida util realmente larga, sin embargo el inconveniente es que la capacidad (su energía específica o densidad energética) es menor que en las baterías de iones de litio.

Para optimizar la capacidad se recurre a los supercondensadores. Hoy en dia ya existen, sin embargo su energía específica, alrededor de 30 Wh/kg, no viene a ser tan alta como con las baterías. Se emplean por ejemplo en algunos autobuses eléctricos urbanos que se recargan muy inmediatamente en las paradas, como por ejemplo en este proyecto de Tosa y ABB para Ginebra.

Para ampliar aún mas su capacidad se están buscando supercondensadores de grafeno, que pueden lograr por ejemplo los 64 Wh/kg de energía específica.

Intentando aunar lo preferible de ambos mundos, además existen los bacitores, además famosos como supercondensadores híbridos o LIC, por ser una mezcla de condensador y batería de ion litio. Por ahora se han empleado en autos de competición híbridos, sin embargo ya observaremos dónde viene su evolución.

El futuro del vehículo será eléctrico… ya no hay duda

Como acabamos de repasar, el campo relativo a la acumulación de energía eléctrica tiene suficiente margen de mejora todavía, y ahora, con cada vez mas creadores de automóviles convencidos de anunciar autos eléctricos, y con los enormes creadores internacionales de electronica interesados en acceder al planeta del vehículo como proveedores, ya no hay desconfianza de que hay negocio, y de que hay y habrá cada vez preferible tecnología de baterías y autos eléctricos, y que estos ya no tendrán problemas con la autonomía (ni con la vida util de la batería). Una innovacion de verdad se acerca.

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

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La novedad Esto será lo siguiente en baterías para autos eléctricos: mas de 650 km de autonomía real fue publicada originalmente en Xataka por Ibáñez .


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Agradecimientos al autor original de la noticia, (fuente más arriba).

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