Porsche detalla como serán las próximas baterías

Porsche ha explicado detalladamente cómo serán las baterías para coches eléctricos en un futuro próximo.

La tecnología de las baterías está evolucionando, y se espera que las baterías mejoren en densidad energética, capacidad de carga, seguridad y vida útil, todo ello al menor coste posible.

No es casualidad que las baterías de iones de litio dominen el mercado actual, pues los átomos de litio son especialmente propensos a emitir uno de sus tres electrones y el litio es el metal más ligero. Esto convierte al litio en una materia prima muy adecuada para las bateras.

El litio puro es el material de ánodo activo ideal en términos de densidad energética. Sin embargo, por razones de seguridad, en la actualidad los grafitos se utilizan principalmente como materiales activos del ánodo que pueden absorber iones de litio. Además, la capacidad de carga de las baterías es muy alta y su precio es relativamente bajo. A esto hay que añadir su larga vida útil, entre 1.500 y 3.000 ciclos de carga completa hasta alcanzar una capacidad residual del 80 % no supone ningún problema.

MEJORAS EN EL ÁNODO

Como la tecnología de iones de litio es un sistema multicomponente, hay formas de optimizarla aún más. En el ánodo actualmente se utiliza grafito como material activo del ánodo. El silicio es una alternativa interesante porque ofrece una capacidad de almacenamiento 10 veces mayor. Los ánodos de silicio aumentarían significativamente la capacidad total de la batería de iones de litio.

El silicio es de especial interés porque presenta la segunda mayor capacidad de almacenamiento en términos de peso después del litio, lo que permite celdas con densidades de energía muy altas. Además, es el segundo elemento más común de la corteza terrestre. Sin embargo, cuando se absorbe el litio, las partículas de silicio se expanden un 300 %, lo que provoca tensiones mecánicas en el material de la celda. Si esto dañara las superficies de la celda, la vida útil de la batería también se vería mermada. La mayor ventaja en términos de densidad energética se consigue utilizando material activo de silicio puro, pero entonces también hay que enfrentarse a los peores inconvenientes en términos de vida útil. No obstante, se está trabajando intensamente en ánodos con una proporción muy elevada de silicio, de hasta el 80%. Este es el camino que está siguiendo Cellforce, por ejemplo, en colaboración con Porsche.

MAYOR CANTIDAD DE NÍQUEL EN EL CÁTODO

Se está trabajando intensamente en la optimización de los materiales activos para el cátodo. En la actualidad, el óxido de litio-níquel-cobalto-manganeso (NCM) en una proporción de 6:2:2 es el más utilizado en movilidad eléctrica en Europa. Un aumento en la proporción de níquel permite una gran capacidad de carga y un elevado potencial electroquímico del material del cátodo.

NUEVOS SEPARADORES

El separador es otro elemento con potencial de optimización. Consiste en láminas muy finas (de 10 a 20 micrómetros), en su mayoría de polietileno o polipropileno. Este separador ahorra espacio y peso. El separador puede contribuir indirectamente al contenido energético de una celda de batería. Cuanto más fino es, más capas o bobinas de electrodos caben en una celda. Esto aumenta su capacidad y contenido energético.

AUTONOMÍAS DE HASTA 1.300 KM Y CARGAS HIPER RÁPIDAS

A medio plazo, podemos esperar que la combinación de la nueva química de ánodos y el denso empaquetado de las celdas permita una autonomía máxima de 1.300 km.

Más importante que el simple aumento de la autonomía es la capacidad de carga rápida. En algún momento la carga rápida hasta el 80% de la autonomía del vehículo no llevará mucho más tiempo que una parada para repostar.

En el Taycan actual se ha podido alcanzar un tiempo de 22,5 min al cargar del 5 al 80%. Con el silicio como material anódico, pueden alcanzarse valores inferiores a 15 min a medio plazo y sensiblemente inferiores a largo plazo. También habría que desarrollar nuevas estaciones de carga más potentes para este fin. Además, las tomas de carga necesitarán en el futuro una refrigeración activa para poder realizar con cargas fiables de más de 500 kW.

ESTADO SÓLIDO

Las baterías sólidas, un campo en el que se está investigando intensamente, podrían necesitar mucho menos espacio de instalación que las baterías de iones de litio convencionales. No utilizan una solución electrolítica, sino un electrolito sólido de soporte. El plan para las baterías sólidas es que el separador clásico se sustituya completamente por una fina capa de electrolitos sólidos. El electrolito sólido es entonces electrolito y separador en uno.

Al eliminar las soluciones electrolíticas y utilizar al mismo tiempo ánodos metálicos de litio, los investigadores esperan conseguir un aumento de la densidad energética de hasta el 50%, y posiblemente tiempos de carga significativamente más rápidos, así como una baja inflamabilidad del electrolito sólido. En comparación con otros avances, como las baterías de litio-aire, consideran que las baterías de litio en estado sólido son una alternativa seria a las baterías de iones de litio. Las baterías de iones de sodio son especialmente interesantes para aplicaciones de almacenamiento local debido a su menor densidad energética. La tecnología de litio-aire sigue planteando muchos retos y, tal como están las cosas, no cabe esperar muchas ventajas. En la actualidad, y también en un futuro previsible, pueden detectarse con mayor precisión y rapidez mediante sensores en las celdas. Esto permite reducir el tiempo de carga en rangos de voltaje especiales. La refrigeración de las celdas también puede controlarse con mayor precisión, lo que favorece la longevidad de las baterías. pueden detectarse con mayor precisión y rapidez mediante sensores en las celdas. Esto permite reducir el tiempo de carga en rangos de voltaje especiales. La refrigeración de las celdas también puede controlarse con mayor precisión, lo que favorece la longevidad de las baterías.

En el futuro, el empaque y el diseño de las celdas también desempeñarán un papel importante en la fabricación de baterías más potentes. La tecnología "celda a paquete", por ejemplo, integra las celdas directamente en la batería. Esto elimina las piezas pequeñas de las baterías actuales. En lugar de conectar separadamente celdas del tamaño de una tableta de chocolate, ahora las celdas de hasta 1,20 m de longitud se encapsulan estrictamente cuando se instalan transversalmente en un bastidor, igual que el somier de una cama. El resultado es más capacidad de almacenamiento y mejor refrigeración en menos espacio.

El mayor aprovechamiento se consigue utilizando material activo de silicio puro.

En el futuro veremos aumentos de entre el 30% y el 50% en la autonomía de los vehículos premium.