La tecnología de baterías de iones de litio seguirá dominando durante toda esta década

Las baterías de iones de litio actualmente ya ofrecen cifras aceptables de autonomía y tiempos de carga cortos para emplearse en los coches eléctricos. Pero está claro que su el desarrollo debe de continuar para cubrir la mayoría de las necesidades de los usuarios. Hay una cosa que han dejado clara los expertos, y es que durante esta década, las baterías de iones de litio, con todas sus mejoras adicionales, seguirán siendo la tecnología dominante. Las características de esta tecnología son demasiado buenas para ser reemplazadas por cualquier otra.

Las celdas de iones de litio seguirán siendo las elegidas para los próximos años, gracias a que permiten almacenar una gran cantidad de energía en un espacio pequeño, aguantan un número de ciclos de carga considerable, no tienen efecto memoria, y próximamente duplicarán su densidad energética (llegarán alcanzar una energía específica media de 250 Wh/kg o 500 Wh/l de densidad energética).

Las baterías de iones de litio tienen potencial para un mayor desarrollo en los próximos años, y aún hay muchas posibilidades de mejora, sobre todo en los tiempos de carga. Porsche ha dado a conocer información de diferentes investigadores sobre su tecnología.

Para el usuario de un Taycan, el alto rendimiento de carga juega un papel clave. La conducción deportiva agota la batería más rápido y el cliente no quiere estar una hora delante del enchufe para tener su coche preparado para seguir haciendo kilómetros. ¿Sería la solución tener una carga ultrarrápida combinada con una alta densidad de energía? Pues esto no es posible, porque la vida útil se vería afectada por esta combinación. En una batería se suele optimizar un solo parámetro en detrimento de otros. Hay varias propiedades extremas que no se pueden combinar y no se puede mejorar todo a la vez. No puede existir una batería ideal para todo tipo de uso. Es como el desarrollo de un motor de combustión, si cambias un parámetro influye en el resto de componentes, mejorando o empeorando, potencia, consumo, emisiones, fiabilidad, ruidos, etc. 

La capacidad y el rendimiento de la batería disminuyen con cada carga excesivamente rápida. La carga rápida es un desafío porque los átomos de litio migran a los cristales de carbono del electrodo durante la carga. Al descargar, se recuperan de allí. Cuanto más rápido se carga la batería, mayor es el riesgo de que los portadores de carga se peguen a la superficie de los cristales, formando una capa metálica y dañando así la celda. En consecuencia, la capacidad y la potencia disminuyen con cada carga rápida.

La tecnología de baterías para coches funciona bien en la práctica, incluso en términos de rendimiento, carga y vida útil. Las baterías están mejorando constantemente, y el tiempo de carga rápida también mejorará, aunque requiere su tiempo por la exigencia de seguridad.

El desarrollo de una carga rápida requiere tiempo, pero no es el único obstáculo de los investigadores. Otros puntos importantes son los enchufes de carga, los cables y la infraestructura del vehículo, que también deben diseñarse para las corrientes altas. Esto implica que haya cables gruesos y, por tanto, que aumente el peso. Sin embargo, eso se puede compensar mediante un sistema de batería de mayor voltaje. Un ejemplo es el Porsche Taycan, que está equipado con un sistema de batería de alto voltaje de 800 V en lugar de los 400 V habituales en los coches eléctricos.

Para comparar los tiempos de carga de vehículos eléctricos con diferentes capacidades de batería, la variable o tasa “C” (capacidad) es muy útil. Indica la relación entre corriente de carga o descarga de una celda electroquímica en amperios (A) y la capacidad de la celda en amperios-hora (Ah). Un valor de 1 significa que la carga completa tarda una hora. Los valores 2 y 3 representan, respectivamente, media hora y 20 minutos de carga. Los desarrolladores aspiran a alcanzar un “C” de 10, lo que significaría unos seis minutos de tiempo de carga. Pero aún están lejos de conseguirlo.

En un proyecto de investigación denominado “FastCharge”, los fabricantes Siemens, Phoenix Contact E-Mobility y Porsche, entre otros, trabajan para acortar el tiempo de la carga rápida. Y el avance es considerable. Durante unos tests realizados, un Taycan de pruebas logró una capacidad de carga de 400 kW. Eso permitió obtener los primeros 100 km de autonomía en menos de tres minutos. Un proceso de carga completo del 10 al 80% en estación de carga ultrarrápida requirió 15 minutos.

En cuanto a la autonomía de un vehículo, no está limitada por el peso de una batería, sino por su precio. El precio por kWh de las baterías de iones de litio ha disminuido de 400 euros en 2013 a 107 euros en 2019. Sin embargo, la bajada de precios no continuará a este ritmo debido al aumento de la demanda. Esto, se debe principalmente a que las materias primas representan hasta el 75% del coste de una batería. Veremos como consiguen lograr reducir el precio.

El litio seguirá siendo la base de otras posibles baterías futuras. 

Se espera que la batería de estado sólido traiga avances en términos de carga rápida y seguridad. Estas baterías son de litio, pero en este caso se emplea un polímero o cerámica en lugar del electrolito líquido. Dado que no contiene líquido, las baterías se vuelven más compactas, lo que permite aumentar significativamente su densidad de energía. Al mismo tiempo, las células son menos inflamables. Pero su viabilidad no está aún demostrada en la práctica.

También se habla de la de litio-azufre. En este caso, el cátodo consiste en una malla de azufre que reemplaza completamente la estructura de rejilla convencional de cobalto, manganeso y níquel. Esto hace que las baterías sean significativamente más ligeras que otras convencionales. Pero por el momento también son bastante más caras, por lo que pueden ser más adecuadas para otro tipo de vehículos como, por ejemplo, los taxis aéreos del futuro. Su fiabilidad aún no está probada.

Otras tecnologías para aumentar la densidad de energía que se están investigando actualmente y que podrían llegar a corto o medio plazo incluyen: materiales de electrodos hechos de compuestos de carbono y silicio; diversos materiales de cátodos ricos en níquel; o materiales de alto voltaje que permiten alcanzar los 5 V por celda.

Otras muchas investigaciones todavía se encuentran en fases de inicio, como los iones de sodio en lugar de los iones de litio o las combinaciones de metal y oxígeno.

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