Si algo sigue encareciendo a día de hoy los precios de los vehículos eléctricos, es el coste de las baterías. Y es que los fabricantes hacen equilibrios para que se mantenga ajustado, al mismo tiempo que garantizan su seguridad y un peso reducido.
En primer lugar, repasemos unas nociones básicas sobre baterías. La de un vehículo eléctrico se compone de una serie de celdas conectadas entre sí, gracias a lo cual forman módulos. Cada celda contiene dos electrodos: un ánodo -polo positivo- y un cátodo -polo negativo-, así como un electrolito para generar la reacción química que produce electricidad, y un separador -para impedir que los dos electrodos lleguen a tocarse y cortocircuiten-.
Las celdas pueden adoptar dos tipos de diseño: cilíndrico o prismático. En el primer caso, se gana en densidad energética… pero se pierde en aprovechamiento del espacio y en la facilidad para refrigerarlas. Cada vez que hablemos de densidad energética, nos estaremos refiriendo a la cantidad de energía que puede contener la batería en relación a su peso. Con el diseño prismático ocurre justo lo contrario: aunque es más pesado, ocupa menos espacio y es más fácil de refrigerar.
Los iones de litio… y la «prehistoria»
La gran mayoría de las baterías actuales de los vehículos eléctricos emplean litio en los electrodos. Son las conocidas como baterías de ion-litio o de iones de litio. Gracias a la reactividad de esta materia prima, los iones se mueven de un electrodo a otro a través del electrolito. Sin embargo, el litio no es el material más seguro: en caso de incendio, no se puede extinguir hasta que las llamas lo consumen por completo. Por eso es importante que los fabricantes protejan óptimamente las baterías de toda posible perforación.
Las baterías de iones de litio ya representan un avance frente a los primeros tipos que se utilizaron en los albores de la electrificación. Todo empezó con pesadas baterías de níquel-cadmio como las del Renault Clio eléctrico de 1992… que pesaban 300 kg y apenas aportaban 70 km de autonomía. A pesar de su gran densidad de almacenamiento, padecían de efecto memoria: cada vez que se cargaban parcialmente en vez de al 100%, perdían prestaciones. Hoy en día, están prohibidas debido a la toxicidad del cadmio.
También son anteriores a las de ion-litio las baterías de hidruro de níquel: eran las que llevaban los primeros híbridos y eléctricos -por ejemplo, las primeras generaciones del Toyota Prius-. Su densidad energética era menor pero, a cambio, también eran más baratas y menos inflamables. Hoy en día, algunos modelos híbridos todavía las usan, pero suelen emplearse sobre todo para soluciones de “microhibridación” -baterías autorrecargables como las de los sistemas Start/Stop-.
Por qué se aborrece el cobalto
Generalmente, en el cátodo de las baterías de ion-litio encontraremos tres metales: cobalto, níquel y manganeso. Por autonomía y vida útil, el cobalto es casi inigualable.
Sin embargo, el cobalto es un material especialmente polémico, ya que su extracción tiene lugar en minas de países como la República del Congo. Con frecuencia, esto va de la mano con la explotación infantil y unas condiciones de trabajo deplorables. Para empeorar la situación, la combinación de litio y cobalto es muy tóxica y, en consecuencia, difícil de reciclar. Por todo ello, la tendencia en la industria de la automoción es a tratar de eliminarlo.
Lo que ya está en el mercado: las baterías LFP
Hoy en día ya puedes adquirir un vehículo eléctrico con baterías de litio-ferrofosfato (LFP). Frente a la arquitectura de las baterías convencionales de iones de litio, en el cátodo este último mineral se sustituye en gran medida por láminas de fosfato de hierro.
Las baterías LFP son más baratas de producir, porque el hierro es más económico que el níquel, el aluminio y otras muchas materias primas. Pero, ante todo, es tremendamente estable, se degrada a mucho menor ritmo y resiste mejor las altas temperaturas… no así las bajas. Su menor densidad energética obliga a aumentar el número de celdas para obtener el mismo rendimiento que con los iones de litio, lo que puede desembocar en un problema de espacio.
A principios de septiembre, en el Salón de Múnich, el CEO de Renault, François Provost, aprovechó la presentación de la nueva generación del Clio para anunciar que todos los vehículos eléctricos que desarrolle la marca contarán con una versión con batería LFP. Renault ya ha confirmado que el próximo Twingo llegará con una batería de litio-ferrofosfato. La idea de Renault pasa por ofrecer a los clientes una alternativa de batería más asequible y otra más orientada a las prestaciones.
Según la Agencia Internacional de la Energía, en China estas baterías ya representan el 75% del parque de eléctricos, mientras que en Europa apenas llegan al 10%. El Volvo EX30 ya ofrece la posibilidad de montar una batería LFP, y Mercedes planea ofrecerla para el nuevo Clase A. Tesla va a apostar inequívocamente por ellas, pues este verano ya ha inaugurado una planta en Nevada para producirlas.
Una alternativa con ‘solidez’
Las baterías de estado sólido son una evolución de las de ion-litio. En estas últimas, los electrodos -tanto el ánodo como el cátodo- están sumergidos en un líquido conductor con una sal de litio -el electrolito, que genera la reacción química necesaria para producir electricidad-. En cambio, en una batería de estado sólido… sí, efectivamente, lo que hay es un electrolito sólido de cristal.
Su ventaja respecto a las baterías convencionales de ion-litio reside en que el electrolito de éstas se va solidificando con el tiempo, lo cual deteriora los demás componentes y por eso van perdiendo vida útil. El electrolito sólido ocupa además menos espacio, por lo que la batería puede contener más celdas; y aumenta su densidad de carga -esto siempre significa que, con ella, aumenta la autonomía-. Para rematar sus bondades, las baterías de estado sólido son más sencillas de producir en serie.
Entonces, ¿por qué no están ya extendidas? Porque también tienen sus inconvenientes. Se requieren temperaturas superiores a 1.000 ºC para producir las placas de cerámica extremadamente finas que necesitan como separadores. Por lo tanto, hablamos de usar una gran cantidad de energía en su fabricación, lo que lógicamente también repercute en su sostenibilidad.
Los últimos gritos
A principios de este año, investigadores chinos crearon una batería de iones de aluminio para vehículos eléctricos. Afirman que no sólo serían más baratas de producir, sino que aumentarían su autonomía. Aguantarían más de 10.000 ciclos de carga perdiendo apenas el 1% de su capacidad nominal, cuando el momento en el que las de iones de litio empiezan a degradarse en cuanto superan los 1.000 ciclos. De esta manera, calculan que la vida útil de la batería de iones de aluminio es diez veces superior. Pero la asignatura pendiente de estas baterías todavía es la densidad energética.
Las baterías de sulfuro de litio son otra de las ideas más recientes, lanzadas por la startup Lyten. Son extremadamente ligeras al mismo tiempo que disparan su densidad energética, y apenas necesitan cambios en las fábricas actuales para producirlas -incluso se podría prescindir de parte del equipamiento necesario para las de iones de litio-.
Su rango de temperaturas útiles también es mayor. La empresa sostiene que, al no usar níquel, cobalto ni manganeso, sus baterías están libres de minerales asociados a conflictos. Frente a estos minerales críticos, los necesarios para las baterías de litio-sulfuro son abundantes en nuestro planeta, pudiendo obtenerse de fuentes locales.
Lyten ya ha logrado equipar sus baterías en vehículos aéreos no tripulados -UAVs-. En la industria del motor, el Chrysler Halcyon ha sido el primer «concept car» en recurrir a ellas. Están disponibles tanto en formato cilíndrico como prismático.
Soluciones de laboratorio
Por último, merece la pena señalar que, hace apenas unos días, ExxonMobil ha anunciado la compra de la compañía Superior Graphite, dedicada a la producción de grafito sintético para los ánodos de las baterías de iones de litio.
Desde ExxonMobil sostienen que el grafito sintético es menos exigente con la mano de obra y, además, es combinable con materias primas ricas en carbono procedentes del refinado. Por lo tanto, desde el punto de vista empresarial, es un material que contribuye a las economías de escala. Se produce a partir de carbón o petróleo, ofreciendo densidades más altas que el grafito natural y, en definitiva, un mayor rendimiento en los ánodos de las baterías.
