La batería es el componente más crucial de un coche eléctrico, pero su autonomía, potencia de carga y coste siguen siendo factores clave. Aunque se han producido mejoras en los modelos actuales, son vitales otras mejoras para que se produzca la revolución de las baterías.
Los avances en la investigación de baterías han sido parciales, aunque significativos. Y la mayoría de las veces, el aumento de la autonomía viene de la mano de un aumento de la velocidad de carga. No obstante, algunas cuestiones siguen sin respuesta, como la capacidad de muchas células para formar un colectivo que funcione, y el coste sigue siendo un problema clave, sobre todo para los segmentos de coches más pequeños. Entonces, ¿cuáles son los avances que marcarán un antes y un después en los coches eléctricos?
1. Las baterías de fosfato de hierro y litio y manganeso
El uso por Tesla de celdas de litio ferro-fosfato (LFP) en el Model 3 y su éxito llevaron a otros fabricantes a considerar esta opción. Las celdas LFP son robustas, tienen una gran estabilidad de ciclo y requieren menos metales caros, en comparación con otras químicas de baterías.
Muchos fabricantes de automóviles han optado por combinar células LFP de bajo coste para las versiones de entrada de gama con células NMC para las variantes premium. Las células LFP se utilizan mucho en China. Tesla sigue marcando el camino y planea actualizar las LFP a LMFP (fosfato de hierro y litio y manganeso), con un posible aumento de la densidad energética en un diez por ciento, probablemente implementado primero en el Model 3 Highland y después en el Model Y Uniper.
El voltaje de las celdas LMFP es superior al de las celdas LFP, pero el rendimiento de carga y descarga podría ser inferior, lo que exige un control cuidadoso del sistema de baterías. Es probable que otros fabricantes sigan a Tesla, entre ellos Volkswagen.
2. Silicio en los ánodos
El grafito es el principal componente de los ánodos, pero es pesado, ralentiza la velocidad de carga y se procesa principalmente en China. Añadir más silicio a los ánodos de grafito puede suponer mejoras importantes en la densidad energética y una mayor tasa C.
El Porsche Taycan y el Audi e-tron GT tienen un porcentaje de silicio de un solo dígito, y los expertos del sector creen que es posible llegar hasta el 20%. Las celdas de batería con ánodos de grafito y adición de silicio pueden fabricarse en líneas de producción convencionales, y los expertos creen que se acercan a las baterías de estado sólido en cuanto a propiedades. Estas pilas se generalizarán en la segunda mitad de la década y son más realistas que las de estado sólido.
3. Las baterías de estado sólido
Una batería de estado sólido constituye una alternativa prometedora a las actuales soluciones de electrolito líquido, tanto en términos de densidad energética, como de rendimiento. Sustituir un electrolito líquido por un electrolito sólido permite obtener un ánodo de litio totalmente metálico que, en el caso de las baterías de estado sólido, tendría unas propiedades excelentes. Sin embargo, el litio puro es muy reactivo, lo que dificulta su manipulación y producción, y sigue planteándose la cuestión de si invertir una cantidad significativa de esfuerzo es económicamente viable para la industria automovilística.
Aunque son pocos los proveedores que trabajan abiertamente en la combinación de electrolito sólido y ánodo metálico de litio, Quantumscape es una de esas empresas, participada por Volkswagen. Otras empresas declaran baterías de estado semisólido bajo la etiqueta «solid-state», siendo los electrolitos de estado semisólido polvos o geles blandos con potencial para mejorar las propiedades de las celdas de la batería, pero sin proporcionar el requisito previo de un ánodo de litio puro.
Las baterías de estado sólido se enfrentan a una fuerte competencia, con pilas convencionales que ofrecen una mezcla de silicio en el ánodo, como se menciona en el punto 2. Sacar al mercado una pila de estado sólido con un ánodo de litio puro y un electrolito sólido real sería un gran avance, aunque de momento no es previsible.
4. El sodio como solución para los coches eléctricos
Aunque a mucha gente le interesan los extremos del avance tecnológico, lo que resulta más práctico y asequible es el uso de baterías basadas en sodio como alternativa asequible al litio. Por ejemplo, la empresa china de vehículos eléctricos BYD equipará el microcoche Seagull con células de iones de sodio como opción antes de finales de este año.
Las pilas de iones de sodio son más baratas que las de litio, por lo que utilizan materiales distintos a los de las baterías actuales, como el carbono duro y el blanco de Prusia en el ánodo y el cátodo, respectivamente. Esta química tiene mecanismos básicos similares, pero se han mitigado importantes puntos débiles, como la pérdida de capacidad durante la primera carga. Gigantes de la industria como Catl, que también producirá baterías de iones de sodio, trabajan para eliminar las dudas sobre su viabilidad utilizando estos materiales.
5. La tasa de carga de los coches eléctricos
La tasa de carga, o tasa C, es un punto de referencia para el desarrollo de baterías; mide la velocidad de carga de 0 a 100%. La tasa C se utiliza para comparar la velocidad de carga de diferentes baterías de coches eléctricos, y el índice C más alto en la actualidad es para la e-GMP de Hyundai. 1C significa que se tarda una hora en cargar de 0 a 100%. Para el año 2030, se espera que la tasa C sea de 4 o 5.
Para lograr el aumento de esta tasa, se utilizan sistemas mejorados de refrigeración y calentamiento que garantizan el funcionamiento óptimo de las células. Aunque el sistema de baterías y la química de las células limitan la tasa máxima de C, un buen sistema de baterías es un complemento crucial para unas buenas células.
Mejorar el ánodo con la adición de silicio al ánodo de grafito puro es otro método para aumentar la tasa C. Aunque algunos propietarios de coches eléctricos sugieren que no es necesario aumentar el índice C, es esencial hacerlo para la recarga en carretera. A medida que crezca la movilidad eléctrica, la infraestructura de corriente continua alcanzará sus límites, pero aumentar las tasas C puede despejar los espacios de carga más rápidamente.
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