El impulso de las baterías al avance tecnológico
Es sabido que el abandono de los combustibles fósiles necesitará de una nueva oferta energética, más renovable y sostenible. Uno de los sectores donde claramente se va ver esta necesidad es en la implantación del vehículo eléctrico. La incógnita clave sigue siendo su velocidad de integración, y este análisis será esencial.
No tanto por la futura capacidad de los fabricantes de vehículos, que ahora sí apuestan por la producción de modelos para un futuro electrificado, sino más bien por la necesidad de proveer a los fabricantes de baterías de una cadena de suministro fiable que soporte los nuevos desarrollos tecnológicos.
El tan esperado desarrollo del vehículo eléctrico pasa por mejorar la autonomía y velocidad de carga de sus baterías. Los avances científico-tecnológicos que tratan de resolver estas carencias serán los que determinen la química de las mismas. Esto es, el tipo de baterías que emplearán estos vehículos en el futuro, y por tanto sus materias primas, componentes que muestran a las baterías con una u otra función ante los coches eléctricos.
Tipos y usos
Con todo, los vehículos eléctricos se han convertido en una alternativa de energía limpia a los vehículos de combustión. Se caracterizan por sus bajas o nulas emisiones y son una parte vital de las estrategias comerciales de los fabricantes de automóviles. Estos están creando unidades de negocio de vehículos eléctricos separadas para estar preparados para el esperado auge de la demanda, que creará la necesidad de un enorme suministro de baterías de iones de litio (las más avanzadas).
Los fabricantes asiáticos han estado a la cabeza del suministro de baterías de iones de litio para la industria de los vehículos eléctricos. Los principales proveedores CATL, BYD, LG Chem, Samsung y SK Innovation ya han aumentado sus capacidades de producción y tienen grandes objetivos para los próximos años.
Compuesta por una combinación de celdas que crean una capacidad de voltaje y corriente específica, las baterías forman esos componentes clave en los coches eléctricos. Porque no sólo determinan la autonomía, sino también la entrega de energía al motor. Esto al tiempo que afecta de forma notable al peso y al diseño del vehículo. Es el corazón de un sofisticado sistema que incluye su contenedor, refrigeración, cableado y gestión electrónica. Con ellas existen varios tipos, de los cuales están fabricados con diversos componentes químicos.
- De iones de litio. Son las baterías más avanzadas y las más utilizadas en los automóviles de la actualidad, con excelentes características de rendimiento, peso y vida útil. Destacan por la mayor densidad de energía por centímetro cúbico y por la ausencia de ‘efecto memoria’, permitiendo mayor número de ciclos de recarga. Tiene una mayor durabilidad.
- De plomo-ácido. También denominadas SVRLA y Pb A P, suelen ser las que incorporan la mayor parte de vehículos con motor térmico para arrancar. De tecnología antigua y coste elevado, son fiables y tienen buena capacidad de carga y descarga. Pero lo cierto es que son voluminosas, pesadas, y se recargan lentamente. Los más modernos no las usan.
- De níquel cadmio. Cada vez menos usadas, tienen un alto coste debido a sus elementos y se han usado más en la aviación por su buen rendimiento a baja temperatura. Tienen efecto memoria y su capacidad va mermando en cada recarga.
La partida de nuevos elementos en el proceso
Uno de los temas que más preocupan a los conductores y usuarios que van en busca de estos nuevos coches eléctricos tiene que ver con las baterías, su coste y sus componentes. Algo que, de lleno, está relacionado. Tanto, que a día de hoy el motivo principal por el que es un coche un 30% más caro que uno de combustión es la batería.
Lo cierto es que a partir del año 2026 la paridad entre un coche eléctrico y uno de gasolina ya sería posible, todo gracias al menor precio de las baterías, que supone el 40% del precio de un eléctrico. En concreto, las estimas citan que se abaratarán un 58% en el año 2030 en comparación con los precios del 2020.
Una vez finalizada su vida útil, que se estima es de entre seis y ocho años, el proceso de reciclado de las baterías de iones de litio permite recuperar entre el 55% y el 78% de los materiales. Se trata sobre todo de hierro, pero también cobalto, níquel, cobre, aluminio y, los procesos más avanzados, permiten recuperar también el litio. De ahí que, en beneficio de los avances tecnológicos, sea cada vez más posible (y rentable) la partida de nuevos elementos químicos, como el grafeno o el cobalto.
Materiales y composición
Las baterías necesarias para mover un coche están sometidas a un nivel de exigencia atroz. Por un lado, deben ser capaces de contener una elevada carga con la menor masa posible (densidad energética) para poder competir con la gasolina en la medida de lo posible y salvando las enormes distancias que existen entre ambas formas de almacenamiento energético.
Por otro lado, deben soportar rangos de temperatura muy amplios, posibles accidentes y miles de ciclos de recarga. Existen en el mercado numerosas variantes químicas de las que recogeremos las más utilizadas a continuación. La lista está abierta a nuevas incorporaciones, fruto de la investigación, pero parece claro que cada una de las opciones representa siempre una relación de compromiso entre sus diferentes prestaciones.
Entre las láminas de metal están los dos polos con el cátodo y el ánodo, entre los cuales tiene lugar la reacción eléctrica. Para la reacción se requiere un metal reactivo como, puede ser el litio. El mayor factor de coste es la composición del cátodo, que es el polo positivo de la batería. Se compone de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto.
Níquel
El níquel es una materia prima crucial en el cátodo de las baterías de iones de litio. Según el estudio de IDTechEX, en 2019 más del 95 % de las baterías de los coches eléctricos nuevos que se vendieron utilizaron o bien una química NMC o una NCA para mejorar la densidad de energía y reducir la dependencia del cobalto.
BMW, Hyundai y Renault, por ejemplo, utilizan una variante con un cátodo rico en níquel compuesto por la aleación Níquel-Manganeso-Óxido de Cobalto (NMC por sus siglas en inglés), mientras que Tesla, que ha ido reduciendo a lo largo de los años el uso del cobalto, utiliza una mezcla de Níquel-Cobalto-Óxido de Aluminio (NCA).
Manganeso
Estas baterías para coches eléctricos están compuestas, a su vez, por un material de manganeso, que se ha hecho vital para los mismos automóviles de nueva generación. Como tal, el manganeso es un mineral que necesita la batería para mantenerse cuidada, regenerada… así como para medir el potencial que posee una batería completamente cargada para suministrar una cantidad de electricidad especificada
Óptimo producir energía y proteger las celdas, su papel es crucial para conseguir una mayor capacidad de energía. Este, además, es un material que permite almacenar Li adicional en las capas del metal de transición que muestran capacidades superiores a 280 mAh/g, aproximadamente el doble que la del cobalto de litio convencional.
Cobalto
Las baterías que mantienen en la actualidad los coches eléctricos están hechas de cobalto, que se une al manganeso y níquel para conformar una unidad de almacenamiento de energía de la actualidad. Este es un metal relativamente raro y costoso, formando parte esencial de las de litio que se emplean en los coches de nueva generación.
De la familia de los ferromagnéticos, tiene, por tanto, unas propiedades magnéticas similares a las del hierro. Así, la importancia que tiene en la fabricación de las baterías es bastante evidente. Esto es se utiliza para incrementar sensiblemente el rendimiento del litio en las mismas, lo que hace posible dilatar la autonomía de nuestros vehículos, que es lo que fabricante y usuarios queremos.
De hecho, esta aplicación del cobalto se ha empezado a explotar de forma masiva durante los últimos años, por lo que hasta ese momento este metal era adquirido mayoritariamente a quien se encarga de su extracción. Para los fabricantes, este metal azul supone un gran quebradero de cabeza: demasiada dependencia y escasa extracción (la mayor parte se encuentra en la República Democrática de Congo, con China controlando más de la mitad de la producción).
Fuente: adslzone
