Cuando se trata de comprar un auto eléctrico son muchos los aspectos que se deben tener en cuenta. Uno de los más importantes tiene que ver con la autonomía del vehículo; es decir, la distancia que puede recorrer un coche con una sola carga de batería. La autonomía de los vehículos eléctricos varía mucho dependiendo de factores como el peso y tamaño del coche, el tipo de motor y el tipo de baterías que tenga y sus características. De hecho, las baterías de coches eléctricos tienen un papel muy importante en este ámbito.
Las baterías de autos eléctricos son claves para hacerlos más atractivos e interesantes. No solo influyen en la autonomía, sino también en la vida útil, la velocidad de carga y el precio del vehículo. Con el avance y desarrollo de este tipo de coches, también han evolucionado sus baterías. Y cada vez más surgen nuevas propuestas que buscan minimizar su impacto ambiental y potenciar su rendimiento. En la actualidad, las baterías de coches eléctricos pueden ser de tipos muy variados, que conviene conocer antes de elegir el vehículo ideal para ti.
En Futuro Eléctrico te contamos qué tipos de baterías para coches eléctricos existen y cuáles son los nuevos diseños que se prueban.
Tabla de contenidos
Tipos de baterías de coches eléctricos
Hace cerca de un siglo surgieron los primeros autos eléctricos. Desde entonces, cada uno de sus componentes ha ido evolucionando para ofrecer un mejor rendimiento, reducir sus tamaños, mitigar sus impactos y, en general, trabajar de manera más óptima. Lo mismo ha sucedido con las baterías.
Las baterías son acumuladores de energía que almacenan la electricidad mediante elementos electroquímicos. Están dispuestas a entregar la energía en cualquier momento y están sujetas a un número finito de ciclos de carga y descarga completos. Se componen de dos electrodos, llamados ánodo y cátodo que están sumergidos en un electrolito. El ánodo se oxidará, mientras que el cátodo ganará electrones, lo que permitirá liberar electricidad.
Ahora bien, las baterías pueden construirse a partir de distintos componentes y elementos. Con la creciente demanda de autos eléctricos, las marcas están comenzando a fabricar sus propias baterías con el objetivo de dejar de depender de China como proveedor. Para ello, requieren aprovisionarse de los ingredientes para desarrollarla, que, por lo general, no son metales comunes ni baratos.
Esto ha generado nuevos esfuerzos para encontrar mejores alternativas a las baterías que multipliquen su vida útil y reduzcan sus costos. A continuación, te presentamos las baterías para coches eléctricos más usadas en la actualidad.
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Batería de níquel cadmio
Comenzaron a usarse en los años 90 para las pilas recargables. No obstante, sus elementos implican un alto costo de adquisición y cuentan con un efecto memoria. Esto último implica que no se puede recargar la batería hasta que la energía no se haya agotado por completo. Además, tienen un bajo número de ciclos de carga. Sus ciclos de carga oscilan entre las 1 500 y las 2 000 cargas y descargas. Cuenta con una densidad de 40–60 Wh/kg. Además, requieren un cuidado específico.
Entre sus ventajas destaca que tienen una alta fiabilidad, existen técnicas de reciclado total y tienen un gran rendimiento a bajas temperaturas. Por lo tanto, están más orientadas a aviones, helicópteros y vehículos militares.
Batería de níquel hierro
Otra de las baterías de coches eléctricos son las de níquel hierro. Fueron diseñadas por Thomas Alba Edison y patentadas en 1903. También se conocen como de ferroníquel, y fueron desarrolladas para alimentar coches eléctricos. Son baterías clásicas construidas con óxido de níquel (III)-hidróxido y hierro en las negativas. El electrolito es de hidróxido de potasio.
Estas son baterías robustas y tolerantes al abuso. Es decir, la sobrecarga, la descarga profunda y los cortocircuitos. Además, tienen una larga vida. Sin embargo, también destacan por su baja eficiencia y potencia. Tienen mala retención de carga y un alto costo de producción. Su densidad es similar a la del plomo ácido. Actualmente, su utilización no es muy común en los vehículos y, más bien, se destinan a molinos de viento y paneles solares.
Batería de níquel hidruro metálico
Es una de las más utilizadas por los fabricantes de vehículos híbridos. Utiliza un ánodo de oxihidróxido de níquel (NiOOH) y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Su densidad es entre 20 y 80 Wh/kg y su ciclo de vida es entre los 300 y 500 ciclos de carga y descarga.
Entre las ventajas de este tipo de batería para coches eléctricos destaca la reducción del efecto memoria y la eliminación del cadmio, que es un metal tóxico. Esto significa que son poco tóxicas y tienen un mayor rendimiento que otros tipos de baterías, como la de plomo ácido. Además, tienen una buena longevidad. Entre sus desventajas encontramos que no aguantan fuertes descargas de energía, tienen poca resistencia a altas temperaturas y requieren un elevado mantenimiento.
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Batería LifePo4
La batería de litio-ferrofosfat, batería LFP o LiFePo4 es una batería de ion-litio con un cátodo de fosfato de hierro-litio. Son similares a las baterías de iones de litio, pero no utilizan el cobalto. Esto las hace más seguras.
Además, tienen una alta estabilidad de uso por su cantidad de hierro y cuentan con un ciclo de vida más largo y mayor potencia. Su ciclo de vida es cercano a las 2 000 cargas y descargas y su densidad es de 90-100 Wh/kg. Esto también las vuelve bastante potentes. Además, no requieren mantenimiento. No obstante, tienen un costo muy elevado y su densidad energética es baja para su uso en autos eléctricos.
Batería de iones de litio
Se trata de una batería formada por electrodos de litio, cobalto, óxido y un electrolito líquido de sal de litio. Es una de las celdas de batería con mayor densidad energética. Por lo tanto, es una de las baterías de coches eléctricos más usadas por los fabricantes, como el Tesla Model 3 o el BMW i3.
Existen diferentes subtipos de baterías de iones que varían con pequeñas diferencias químicas. Por ejemplo, se pueden emplear diversos elementos en el cátodo o en el ánodo con diferentes proporciones. Se caracterizan por concentrar una alta densidad energética (250 Wh/kg) y por requerir poco espacio y peso.
Su ciclo de vida es entre 400 y 1 200 cargas y descargas. Además, elimina el efecto memoria, no requieren mantenimiento y tienen facilidades de reciclaje. Son una de las baterías para autos eléctricos que más mejoras puede tener en el corto plazo.
Entre sus desventajas encontramos que tienen un alto coste de producción, son frágiles, pueden explotar por el sobrecalentamiento. De esta forma, necesitan un circuito de seguridad y de un almacenaje cuidadoso. Para almacenarse requieren de un ambiente frío y deben estar parcialmente cargadas.
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Batería de plomo ácido
Es el tipo de batería más antiguas de todas. Es la más usada para alimentar los vehículos convencionales. Suelen tener entre 6 y 12 voltios y una autonomía de 100 km. Su uso tradicional es para el arranque del vehículo, iluminación y soporte eléctrico. Su ciclo de vida es entre 500 y 800 ciclos de carga y descarga y su densidad es de 40-40 Wh/kg.
Se caracteriza por sus bajos costos, su buena respuesta al frío y su fiabilidad. Tienen una buena capacidad de carga y descarga. No obstante, son pesadas, lentas para recargarse y el uso de plomo las hace tóxicas y contaminantes. No son muy usadas en los coches eléctricos debido a su lentitud para cargarse.
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Las baterías para autos eléctricos del futuro
Baterías de zinc–aire
Las baterías de zinc y aire son una de las baterías de coches eléctricos que están en fase experimental, pues todavía se está investigando cómo superar algunas de sus desventajas. Sin embargo, se posiciona como una de las tecnologías más avanzadas y atractivas por su bajo precio, su gran capacidad energética teórica.
Estas baterías para autos eléctricos tendrían una excelente densidad energética y podrían aportar más energía que las de iones de litio. Son capaces de almacenar el triple de energía que las de ion-litio en el mismo volumen y con la mitad del coste. Su costo también sería menor, dado que el zinc se encuentra en abundancia en el planeta. Los tamaños podrían variar, desde pequeñas pilas hasta baterías grandes.
Las baterías de zinc-aire obtienen la energía a base de oxidar el zinc con el oxígeno del aire. Sin embargo, no suelen ser recargables, y cuando lo son, requieren de electrodos de platino o iridio que se degradan rápidamente. Por ello, las investigaciones sobre ellas continúan.
Baterías de grafeno
Muchos han llamado al grafeno «el material de Dios». Está compuesto con carbono puro y es 200 veces más resistente que el acero. Además, es extremadamente ligero y flexible y es un excelente conductor térmico y eléctrico.
Las investigaciones sobre este material estuvieron suspendidas durante varios años, dado que también es muy inestable. Sin embargo, ha resurgido el interés por él y ahora se presentan a las baterías de grafeno como las baterías del futuro. ¿Por qué? Porque se deterioran con mayor lentitud, mantienen su carga durante más tiempo y requieren menos espacio. Además, se podrían cargar a velocidades antes impensables.
En los coches eléctricos, estas baterías permitirían incrementar su potencia y aumentar su durabilidad. Por ello, compañías como Tesla están investigando su desarrollo. Sin embargo, es un proceso que puede tomar varios años.
Baterías de dióxido de carbono
A finales de 2019, un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois, Chicago, desarrollaron un prototipo de batería de coches eléctricos de dióxido de carbono y litio. Este prototipo se caracteriza por poder recargarse totalmente durante 500 ciclos consecutivos. Además, permite el reciclaje de energía de manera eficiente. La combinación de sus materiales genera un compuesto único de productos de múltiples componentes, lo que también facilita su reciclaje.
Baterías en estado sólido
Una de las tecnologías con más potencial son las baterías en estado sólido. Van un paso más allá que las baterías de litio metal. Esto se debe a que en lugar de un electrolito líquido entre el cátodo y el ánodo, se emplea uno sólido, sin problemas de corrosión.
Una de sus principales ventajas es la estabilidad. Al eliminar los electrolitos líquidos y volátiles, se genera más seguridad y densidad de energía, que podría duplicarse. Además, se genera una batería de menor costo, no se calienta tanto, se recarga más rápido y su vida útil es mayor. Algunos estiman que podrían alcanzarse los 650 Wh/kg de energía específica.
Otra de sus ventajas es que funciona con pocas pérdidas de capacidad de carga a temperaturas muy bajas sin perder conductividad. Asimismo, al no utilizar litio, se evitaría la sobredemanda de este elemento. Incluso la empresa KeraCel, con sede en Santa Clara, Estados Unidos, está trabajando en su desarrollo con impresoras 3D. La promesa es que tendrán el doble de energía que las baterías de iones de litio pero a mitad de precio.
Toyota, Panasonic, Nissan, Honda, Fisker y QuantumScape son algunas de las empresas o startups que están trabajando para fabricar estas baterías.
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Palabras finales
Existen otras alternativas a las baterías ya presentadas que se encuentran en sus primeras fases de investigación. Tal es el caso de las baterías de sodio; calcio; litio y azufre; o un aerosol de carbono y azufre. Sus investigaciones aún están iniciando y las posibilidades de lograr llevarse a cabo son inciertas. Lo que sí queda claro es que la movilidad está buscando alternativas al litio que brinden vehículos con baterías más potentes y mayor autonomía. Esto también favorecerá a una eventual reducción de costos de los autos.
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