Escasez, vida útil, autonomía... Estos son los retos a los que se enfrenta la batería del coche eléctrico del futuro
En la esfera de las baterías para coches eléctricos del futuro hay muchas promesas: autonomías de 1.000 km, cargas completas en pocos minutos, baterías de estado sólido que dejarán en el olvido a las 'tradicionales' de iones de litio por sus ventajas...
Pero, ¿en qué punto nos encontramos realmente en la investigación de baterías alternativas? ¿Son adecuadas las recargas a velocidad ultrarrápida para la vida útil de las baterías? Hablamos con algunos expertos acerca de las promesas en la revolución del coche eléctrico.
La escasez lleva a la investigación
La electrificación de los vehículos supone no solo una revolución en la movilidad; implica una revolución en ingeniería: mecánica, electrónica, informática... Forman un todo que debe encontrar la forma de que el peso, la aerodinámica, las prestaciones, la potencia, la aceleración y la frenada así como la gestión energética eficiente interactúen adecuadamente.
Por otro lado, la creciente demanda de coches eléctricos está 'arrastrando' a los fabricantes y proveedores a un importante escenario: el del aprovisionamiento de los ingredientes necesarios para desarrollar las baterías que mueven estos vehículos.
Es aquí donde llegamos al factor escasez: el litio, el cobalto o las tierras raras se están volviendo caros y difíciles de encontrar y presentan además conflictos éticos relacionados con el medio ambiente y los derechos humanos.
Por ello los científicos buscan alternativas que multipliquen la vida útil y el rendimiento de las baterías: litio-azufre, calcio, de estado sólido, grafeno... el número de alternativas no para de crecer y las previsiones son prometedoras.
Una de las tecnologías que más se han consolidado es la de las baterías de estado sólido: prometen mejor densidad energética, mayor vida útil y sobre todo más seguridad, pero aún no se ha conseguido su desarrollo ni a gran escala ni a un precio competitivo.
¿Veremos pronto baterías de estado sólido? Una pregunta compleja
El principal problema que encuentra Europa en cuanto a la investigación y desarrollo de materiales alternativos al litio "es llevar los conceptos a la industrialización, donde Asia se lleva la palma, muy por delante también de Estados Unidos", asegura Rosa Palacín, investigadora en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona.
Según esta experta la investigación en el ámbito de las baterías de estado sólido es muy lenta y los prototipos de laboratorio que existen a día de hoy todavía presentan problemas que hay que solventar:
"Queda todavía camino por andar. Yo siempre comparo el desarrollo de la I+D en baterías con la industria farmacéutica: un día se encuentra un principio activo nuevo, después hay que ensayarlo a nivel de laboratorio, ensayos in vivo, clínicos... y al final, de todos los conceptos, solamente algunos llegan a las farmacias".
Para Óscar Miguel, director de la división de Energía de CIDETEC -el organismo que lidera el proyecto europeo para desarrollar baterías de magnesio- las baterías de estado sólido constituyen una tecnología prometedora pero que se encuentra aún "en un estadio de desarrollo relativamente prematuro, con lo que transcurrirá tiempo hasta que las veamos en el mercado con una penetración significativa".
Para este experto deberíamos empezar a pensar en una coexistencia tecnológica, en la que cada tipo de batería explota sus respectivas fortalezas.
Pero entre los retos a los que se enfrentan las baterías de estado sólido hay uno básico: solamente son competitivas en densidad de energía si el ánodo es litio metálico. "Los ánodos de litio pueden dar problemas debido al crecimiento de dendritas después de muchos ciclos de carga y descarga, lo cual puede provocar cortocircuitos", explica Palacín.
Este fue precisamente el motivo de que se retiraran del mercado las baterías de litio recargables (que no de iones de litio) en los 80.
"Para solventar este problema se desarrolló el concepto ion litio, que no usa litio metálico pero tiene una gran densidad de energía. Al principio se creía que las dendritas (una especie de agujas) no se formarían con electrolitos sólidos debido a que estos tienen una mayor "dureza" que los líquidos, pero se ha comprobado que crecen en los bordes", asegura la investigadora.
Otro problema está relacionado con la manufactura, sobretodo a gran escala. Palacín explica que el proceso obliga a ensamblar tres elementos sólidos (cátodo, electrolito y ánodo) sucesivamente de manera que haya un buen contacto en las interfases, y los métodos de ensamblado pueden propiciar cierta reactividad.
Pero algunas grandes marcas contradicen los pronósticos de estos expertos. Toyota por ejemplo está preparando el lanzamiento de un coche 100 % eléctrico y de baterías de estado sólido para 2022.
Por otro lado, un grupo de investigadores alemanes del Instituto Jülich de Energía e Investigación Climática ha desarrollado una batería de electrolito sólido que admite una intensidad de carga 10 veces superior a las actuales y tarda menos de una hora en recargarse.
El reciclaje de baterías, una pieza fundamental en el rompecabezas
El otro gran elemento de este puzzle es el reciclaje: debemos sentar las bases para posibilitar una gestión de las baterías al final de su vida útil, reciclando sus componentes, recuperando materiales y volviéndolos a alimentar en el ciclo. "Esto tiene no solo una fuerte componente tecnológica, sino también regulatoria y legislativa", asegura Óscar Miguel.
Umicore, una empresa multinacional de tecnología de materiales con sede en Bruselas, Bélgica y el mayor reciclador a nivel mundial de metales preciosos, es buen ejemplo de esta esfera.
Su alianza con Audi espera conseguir que los materiales particularmente valiosos de las baterías puedan estar disponibles en un banco de materias primas a través del denominado ciclo cerrado. De esta forma, se podrán utilizar de nuevo.
Lo cierto es que cada vez son más los fabricantes que exploran la esfera del reciclado de baterías. En Japón, los propietarios de un Nissan LEAF pueden acceder a un programa de baterías recicladas a través del cual pueden comprar una batería de 24 kWh por 2.800 dólares aproximadamente, mientras que una batería nueva alcanza la cifra de más de 6.000 dólares, según datos de Nissan.
También Toyota ha desarrollado su 'Sistema de Baterías de Almacenamiento' que permitirá tanto reutilizar las baterías de vehículos eléctricos para generar y suministrar energía eléctrica, así como para reciclarlas, mientras que nuevas técnicas mineras centenarias permitirán reciclar las baterías de los coches eléctricos de la forma más barata.
Cargar baterías en pocos minutos puede que no sea tan buena idea
¿Y qué ocurre con las promesas de cargar una batería en el mismo tiempo que tardamos en llenar el depósito de combustible? ¿Son realistas? Palacín cree que la carga muy rápida debería ser siempre un recurso a utilizar durante de una emergencia y no el 'modus operandi' normal, porque ello disminuiría la vida útil:
"La vida útil cambiará en función de lo "exigentes" que sean los ciclos de carga o descarga, cuanto mas rápidos, mas rápido envejecerá, y cuanto mayor sea la temperatura de operación también", dice Palacín. Y añade: "En cualquier caso, la carga muy rápida debería ser siempre un recurso a utilizar ante una emergencia y no el modus operandi normal, porque ello disminuiría la vida útil".
El objetivo es que las baterías no pierdan mas de un 20 % de su capacidad en la vida útil del vehículo, unos 15 años. De momento se está trabajando en ello pero no se han hecho ensayos sobre el terreno en condiciones reales, sino ensayos acelerados a nivel de laboratorio, según cuenta Palacín.
En cuanto al concepto de autonomía, debemos de entender la relación proporcional entre autonomía y tamaño: cuanta más autonomía, la batería será de mayor tamaño y también pesará más.
En este contexto es interesante ver como el nuevo Renault ZOE ha aumentado de autonomía gracias a una mejora en materiales y también en ingeniería que ha permitido poner una batería con mas energía en prácticamente el mismo espacio.
"Europa debería centrarse en la era post-litio"
Europa se ha embarcado en un proyecto a través del cual pretende desarrollar un SUV con 1.000 km de autonomía entre cargas.
Se trata de un proyecto coordinado por Austria y con un presupuesto de casi siete millones de euros cuyo objetivo es desarrollar componentes eléctricos para conseguir recorridos diarios de 1.000 km 'del tirón' de aquí a 2021. Esto, unido a un sistema de recarga rápida que permita recuperar toda la autonomía en menos de 90 minutos.
Para recuperar toda la comba perdida, la Unión Europea también ha creado una alianza franco-alemana y ha lanzado un proyecto para desarrollar y fabricar baterías con tecnología de azufre de litio en estado sólido además del que lidera CIDETEC.
Sin embargo, Palacín ve complicado que Europa pueda superar la hegemonía asiática respecto a la fabricación de baterías:
"Se ha perdido ya el tren en las baterías pequeñas ligadas a la electrónica portátil. En el caso del vehículo eléctrico las baterías son mucho mas grandes y está claro que no tiene mucho sentido importar de Asia todas las que se necesitan para los coches fabricados en Europa".
Para Miguel Europa es muy potente en cuanto a investigación y desarrollo de tecnología de baterías, y está bien posicionada a nivel mundial: "Uno de los retos en este sentido, sobre los que la Comisión Europea está trabajando, es conseguir que esa potencia a nivel de I+D y generación de tecnología llegue a la industria. En otras palabras, se trata de potenciar la transferencia de tecnología a la industria", explica.
Sin embargo, debe desarrollar capacidades propias de fabricación de baterías, y además idealmente con tecnología propia. Pero es que además esas baterías deben ser verdes: deben ser 'ecobaterías', minimizando su impacto ambiental a lo largo de la cadena de valor.
Debido a que Asia nos lleva mucha ventaja en cuanto a la fabricación de baterías, en opinión de este experto Europa debería centrarse en la denominada era post-litio, "donde existe una oportunidad real de liderazgo", dice.
Si hablamos de alternativas, desde CIDETEC están explorando la capacidad de almacenamiento del magnesio como una opción libre de litio.
Estas ofrecen una perspectiva de significativa mejora en la densidad de energía con bajo coste; no obstante, explica este experto, hoy por hoy se enfrentan a retos importantes, como por ejemplo su reversibilidad o ciclabilidad, estando en un nivel relativamente básico de desarrollo.
Con este objetivo se constituyó el consorcio E-Magic, que acaba de recibir financiación de la Comisión Europea bajo el programa Horizonte 2020.
En este proyecto, coordinado por CIDETEC Energy Storage, se reúnen las principales figuras europeas –que también lo son mundiales- en esta tecnología, y tiene por objetivo desarrollar los conceptos básicos que permitan desarrollar baterías de magnesio realmente operativas.
Pero Óscar Miguel considera que al litio aún le queda mucha cuerda aún; de ahí que Europa deba desarrollar también capacidades propias de fabricación y suministro que minimicen, o al menos reduzcan, la dependencia con respecto a otras regiones.
De momento parece que el Viejo Continente ha despertado algo tarde, pero va por el buen camino en lo que ya es una carrera de fondo.
