Tecnología para el coche: baterías (presente y futuro) para vehículos híbridos y eléctricos

Cuando os hablé de las fronteras de los coches eléctricos intenté poner sobre la mesa lo positivo y lo no tan positivo de los vehículos eléctricos, ya que si bien tienen grandes ventajas, como no depender del petróleo, ser más eficientes y no generar emisiones locales, tienen también varios inconvenientes, siendo quizás el principal el relativo a las baterías.

Pero tampoco hay que ponerse en lo peor, ni considerar este un problema insalvable, ya que si hay algo muy esperanzador es que se está investigando mucho, y en muy diferentes partes y organismos, desde universidades hasta empresas privadas, en nuevas tecnologías para baterías, nuevos materiales, mayor densidad energética, mayor vida útil, recarga más rápida y menor coste.

Las baterías son la clave del coche eléctrico

Del coche eléctrico y también de sus derivados y combinaciones, como los coches híbridos (en menor medida, pero un poco eléctricos al fin y al cabo), los coches híbridos enchufables y los coches eléctricos de rango extendido.

Si conseguimos baterías con mayor densidad energética, tendremos coches eléctricos que con la misma cantidad de baterías, por tamaño y peso, serían capaces de acumular más energía, lo cual se traduce directamente en mayor autonomía, por tanto serán más utilizables, por tener menos ansiedad a quedarse sin baterías, o por poder hacer viajes más largos, y la gente se decidirá a comprarlos en mayor medida.

Si conseguimos baterías con mayor vida útil, más resistentes a los ciclos de carga y descarga, y también a las recargas rápidas y a las altas temperaturas, la gente tendrá menos miedo de que las baterías de su vehículo eléctrico se vayan a estropear rápido y que haya que gastarse mucho dinero en cambiarlas. De nuevo por tanto se venderían más vehículos eléctricos.

Si se consigue recargar más rápido las baterías, y que en cinco minutos se pueda recuperar mucha autonomía, no necesariamente el 100% pero sí en torno al 75%, lo que puede traducirse en 200 km de rango recuperado (hablo de baterías futuras), de nuevo el vehículo eléctrico se hace muy utilizable y los consumidores no pondrían pegas a comprar uno.

Y si se consigue que las baterías sean más baratas, teniendo en cuenta la importancia que tiene el coste de estas en el precio del coche, aproximadamente una tercera parte, el precio de los coches eléctricos también bajará, y por tanto se venderán más. Sobre el precio la mayoría de las opiniones sugieren que bajarán sí o sí, por el aumento de la producción, la reducción de costes que eso conlleva y por la cada vez mayor oferta.

Así que no hay duda de que las baterías son el aspecto clave de vital importancia, para hacer que los vehículos eléctricos se puedan generalizar y extender, siendo una alternativa totalmente factible y real para la mayoría de los conductores.

Sistema Voltec (eléctrico de rango extendido)

¿Tendremos “la batería perfecta” mañana? No, pero está cerca

A esta altura del artículo estoy seguro de que más uno estará pensando aquello de que llevamos muchos años hablando de nuevas baterías sustancialmente mejores, pero que siguen sin llegar. Y ante tal afirmación no puedo más que decir que en parte es cierto, y en parte no.

En lo relativo a baterías se ha avanzado mucho aunque no lo parezca, y de hecho si echamos la vista atrás a los primeros coches eléctricos “modernos” y miramos a los actuales, los de hoy vienen a tener el doble de autonomía que aquellos, pero es cierto que aún así todavía necesitan tener más, y que eso no llega tan rápido como nos gustaría.

Tampoco debemos olvidar que se ha avanzado mucho en la resistencia y durabilidad de las baterías y en que estas soporten mejor las altas temperaturas a las que son sometidas cuando se realiza una recarga rápida, que implica una potencia eléctrica muy alta.

Es más, hoy en día fabricantes como Tesla en su Model S ya emplean baterías con una densidad energética algo mayor que la de los coches eléctricos más asequibles, y os puedo decir que algún fabricante está probando ya baterías aún un tanto experimentales, con densidades energéticas cercanas a los 400 Wh/kg.

Y esto lo digo con conocimiento de causa al haber mantenido varias charlas con algún que otro ingeniero que está trabajando en ello, el cual también me tuvo que reconocer que no eran nada baratas y tenían que ver aún cuánta durabilidad tendrían.

Para que entendamos esta cifra hay que tener presente que unas baterías de iones de litio convencionales, de las que se están montando hoy en día en los coches eléctricos, vienen a tener una densidad energética de unos 140 Wh/kg. Así que esas baterías de 400 Wh/kg significarían casi triplicar la actual autonomía de un coche eléctrico.

Pero una nueva tecnología no llega al día siguiente de inventarla, y menos en automoción. Hay que desarrollarla, probarla y comprobar su durabilidad, cuestión esta muy importante pues un coche es un producto que cuesta mucho dinero y que tiene que durar muchos años, y además conseguir que tenga un precio razonable.

Así que no, lamentablemente “la batería perfecta” no va a llegar mañana, ni el próximo año, pero esta cerca. Es difícil aún así aventurarse a dar fechas, y más si uno sabe un poco del tema. De todos modos los fabricantes de automóviles empiezan a atreverse a sugerir alguna. Renault por ejemplo considera que la nueva generación de baterías, que aporte cambios relevantes, no estaría en menos de cinco o seis años, que viene a ser por cierto la vida de una generación de un modelo.

Algunos investigadores un poco menos optimistas prefieren considerar que la cosa puede tardar un poco más, en torno a diez años, mientras que otros más optimistas, como la propia General Motors, considera factible tener baterías con más capacidad y además menos coste, en unos cuatro años.

Habiendo tantos proyectos aumentan las posibilidades

Y desde luego hay muchos proyectos que invitan a creer que, aunque algunos de ellos puedan ser más lejanos, otros son más factibles a corto plazo, y si bien los más sorprendentes, que prometen aumentar la capacidad hasta diez y veinte veces, pueden ser más complicados, los que consiguen el doble o el triple de capacidad parecen estar muy cerca.

Por ejemplo las baterías de iones de litio e imida son un pequeño paso que gana un 60% de capacidad de carga, con el doble de vida útil y es real.
Las baterías de níquel-zinc también lo son, y aunque no son un sustituto de las de iones de litio, si lo serían de las de níquel e hidruro metálico, por ser muy similares pero con mayor capacidad y menor coste.
Menor coste tendrían también las baterías de iones de litio flexibles, que además servirían para otros usos interesantes.
Con las baterías de iones de litio y esponja de cobre en cambio, no se aumenta tanto la densidad energética, pero sí se aumenta mucho la velocidad a la que se puede recargar la batería, hasta 24 veces más rápido.
Sucede lo mismo con unas baterías experimentales de iones de litio y grafito, que tampoco es que den más autonomía, pero se recargarían hasta 30 veces más rápido.
Las baterías de iones de litio y nanofosfato EXT van en la línea de aumentar la vida útil de las baterías, y por las pruebas realizadas aumenta entre el doble y el triple.
Necesitarán un poco más de tiempo, aunque parece que aún así sería en el corto plazo, las baterías de zinc-aire, que dan más capacidad, a menor precio y con una vida útil excelente de hasta 30 años.
Para mejorar la vida útil no solo se investiga en nuevos materiales o estructuras para la batería, sino también en nuevas sustancias para el circuito de refrigeración de las mismas una vez colocadas en el coche, por ejemplo el bautizado como cryosolplus.

A más largo plazo tenemos proyectos tanto más prometedores, como las baterías de iones de litio y esponja de aluminio, con tres veces más capacidad.
O las baterías de litio-aire, que aunque todavía hay que investigar más, podrían dar cinco veces más capacidad de carga.
Pero esta cuestión de la densidad energética no se queda solo ahí, las baterías de iones de litio y silicio-grafeno podrían llegar a tener diez veces más capacidad.
Y la batería de Sakichi, de Toyota, sin fecha en el horizonte, todo sea dicho de paso, aspira a alcanzar una capacidad veinte veces superior que las actuales y dar tanta autonomía o más que la gasolina.
Y como no solo en acumuladores químicos se puede almacenar energía eléctrica, aplicando el concepto de condensador se ha inventado una membrana que tiene una capacidad 200.000 veces superior a los condensadores convencionales, y que cuesta once veces menos que las baterías de iones de litio.
Y por qué no, también se está investigando en baterías con electrólito líquido repostable, donde la recarga no se haría enchufando el coche, sino drenando el electrólito descargado y rellenando el “depósito” con electrólito cargado.

Como véis son tantos los ejemplos de nuevas baterías en investigación y en desarrollo, con más capacidad, mayor vida útil, mayor velocidad de recarga y menor coste, que creo muy razonable ver futuro y viabilidad a los vehículos eléctricos.