“Por primera vez en la historia, el vehículo de serie más rápido del mundo es eléctrico”, decía el jefe de Tesla, Elon Musk, durante el reciente lanzamiento de las últimas baterías de la compañía. El nuevo dispositivo de 100 kwh puede propulsar los coches de Telsa hasta 97 km/h en solo 2,5 segundos y permiten un 20 % más de autonomía en comparación con las baterías anteriores.
Pero Musk también admitía que tanto el diseño actual como la composición química de la batería están muy cerca de sus límites teóricos, lo que significa que será difícil incrementar la cantidad de energía que una batería del mismo tamaño pueda almacenar ¿Qué pueden hacer al respecto Tesla y el resto de fabricantes de coches eléctricos?
El diseño actual P90D de Tesla utiliza un bloque de baterías situado bajo el suelo de su chasis “monopatín”. Esto hace que el vehículo pueda almacenar un gran volumen de células de baterías maximizando el espacio interior del vehículo, aunque deja la batería indefensa en caso de accidente.
El nuevo pack de baterías P100D tiene la misma apariencia exterior y a primera vista también utiliza dos filas de células de iones de litio y, sin embargo, consigue almacenar 100kwh de densidad energética en el mismo modelo de batería que anteriormente contaba con 90kwh y pesaba solo un 4 % menos. Se trata de más de 11 veces la energía que un hogar británico medio utiliza en un día normal.
Baterías en estado sólido
La diferencia está en la forma en la que se montan los bloques, en el sistema de refrigeración y en la electrónica. Por ejemplo, una mejora importante en la forma en la que las baterías se enfrían podría haber creado suficiente espacio para meter 56 células extra que proporcionarían los 10kwh de energía adicionales. El aumento del 4 % en el peso sugiere que se han añadido más partes y que quizás la disposición de las células ha sido rediseñada para permitir el aumento del peso en el mismo tamaño.
Sin embargo, para que Tesla pueda ir más allá necesita plantearse una forma completamente diferente de almacenar la energía, como pueden ser las baterías en estado sólido: una tecnología en fase inicial que está siendo estudiada por empresas como Toyota, Volkswagen, Bosch y Dyson. Estas baterías pueden ser mucho más seguras, almacenar más energía e incluso podrían ahorrar costes en el desarrollo de los módulos de las baterías.
Las baterías típicas de iones de litio como las que usa Tesla contienen electrolitos líquidos inflamables, mientras que las baterías en estado sólido utilizan un electrolito sólido que es mucho más seguro en comparación. Esto también abre las puertas a la posibilidad de utilizar litio metálico en vez de un electrodo de grafito, puesto que tiene una mayor densidad energética y un ciclo de vida más amplio.
Las últimas mejoras en los aditivos de electrolitos y en las placas cerámicas podrían solucionar el problema de los electrodos de cortocircuito en la batería.
Autolib, un servicio para compartir coches eléctricos basado en París, ya ha empezado a utilizar estas baterías en estado sólido en unos 3.000 coches. La empresa de baterías de Bosch, Seeo, dice haber desarrollado unos prototipos de batería con una densidad energética de 350 Wh/kg (vatio-hora por kilogramo). En comparación, las células Panasonic 18650 usadas por Tesla tienen una densidad energética de solo 254 Wh/kg.
Si Tesla simplemente optara por reemplazar las células actuales por estas baterías en estado sólido (una vez que estén listas para su producción) ayudaría a la empresa a pasar de un bloque de baterías de 100kwh a un modelo de 118kwh (casi el doble de la mejora que ha supuesto el nuevo P100D de Tesla con respecto a su modelo anterior).
Hay quien piensa que dichas estrategias podrían ayudar a producir baterías seguras que puedan contener una carga suficiente para poder realmente competir con los motores de gasolina. Donald Sadoway, un químico de materiales del MIT, dice que conseguir tales densidades energéticas es la clave para que los vehículos eléctricos se instalen definitivamente en el mercado. “Si tuviéramos baterías con 350 Wh/kg tendríamos vehículos eléctricos con más de 500km de autonomía, lo que supondría el fin del petróleo”, afirmaba.
Alternativa de sodio
Sin embargo, puede que no sea posible continuar usando baterías en estado sólido con electrodos de litio porque la escasez de este metal hace que cada vez suponga un coste financiero y medioambiental mayor, especialmente si lo comparamos con los electrodos basados en carbono.
Las dos alternativas posibles son las baterías basadas en iones de sodio y posiblemente las basadas en metal de sodio. Un prototipo de estas baterías ha demostrado 650Wh/kg de densidad energética, lo que supondría una autonomía de más de 1000 kilómetros para un vehículo eléctrico con una sola carga: más del doble de lo que ofrecen las baterías de ion de litio actuales.
El sodio es mucho más abundante que el litio y su sal (carbonato de sodio) es diez veces más barata que la sal de litio equivalente. Teniendo en cuenta que el coste de los electrodos y de los electrolitos suponen más del 50 % del coste de una célula normal, las baterías con reacciones basadas en sodio tendrán una ventaja clave en ese aspecto.
Las baterías de iones de sodio también se pueden descargar de forma completa sin dañar los materiales activos y sin riesgo alguno (a diferencia de las baterías de iones de litio que pueden prenderse fuego si se almacenan sin carga).
Con todas estas mejoras en el litio en estado sólido y en la tecnología del sodio podemos esperar ver baterías de vehículos eléctricos con mayores densidades energéticas y menor coste que las que han sido anunciadas recientemente por Tesla. Pero eso no significa que vayamos a verlas en los todos los coches eléctricos.
Una estrategia alternativa sería centrar más los esfuerzos en reducir el peso del cuerpo de los vehículos usando compuestos de carbono para que puedan llevar más baterías. Esto podría suponer una autonomía de más de 500 kilómetros sin necesidad de utilizar un nuevo tipo de batería. Sea cual sea la innovación, tanto Tesla como el resto de fabricantes todavía necesitan un avance importante para poner los coches eléctricos al alcance de los consumidores.
Autor: Vivek Nair, Investigador Senior en Universidad de Lancaster
Este artículo ha sido publicado originalmente en The Conversation. Puedes leer el artículo original aquí
Foto | Oleg Alexandrov
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