Así evolucionará la batería del coche eléctrico

Antes se trataba de caballos de fuerza y ​​torque, luego se trataba de economía de combustible y emisiones. En el futuro, mediremos principalmente la calidad de un automóvil por la del paquete de baterías. ¿Qué es la densidad de energía? ¿Cuál es el rango, la vida útil? Esos son los nuevos parámetros. A la hora de evaluar las prestaciones de un coche, ya no medimos solo en km/h, sino también en kW, el valor que hace referencia a la velocidad de carga.

En la actualidad, la batería de iones de litio es, con diferencia, el tipo de batería más utilizado en los coches eléctricos. En los modelos EV actuales, solo hay dos químicas celulares: NMC y LFP. Estos dos tipos no tienen las mismas propiedades, y ciertamente tampoco el mismo precio. NMC significa níquel, manganeso y cobalto. Una mezcla de estos metales (junto con el litio, de la designación de iones de litio) forma el cátodo en la celda de la batería.

Las celdas NMC son potentes y tienen una buena densidad de energía, lo que les da más alcance. Pueden entregar mucha potencia al motor eléctrico, por ejemplo, al acelerar, y absorber mucha energía, lo que permite una carga rápida. Pero solo funcionan de manera óptima a temperaturas agradables. Por lo tanto, las células necesitan refrigeración y calefacción. Viene con una etiqueta de precio y es por eso que las celdas NMC son relativamente caras.

Esto es diferente con las celdas LFP, y eso se debe a los metales: la abreviatura significa fosfato de hierro y litio. Estas celdas no contienen níquel o cobalto costosos, que los trabajadores a veces tienen que extraer en condiciones terribles. Además, las células LFP son robustas. Su durabilidad es alta y el riesgo de la llamada ruptura térmica, es decir, ignición seguida de un incendio que es muy difícil de extinguir, es muy bajo en comparación con las celdas NMC.

Un problema es la carga en heladas. La corriente de carga primero debe calentar las celdas antes de que realmente se pongan en marcha. Además, debido a que la densidad de energía es peor que con la tecnología NMC y el rango de acción es menor, las celdas LFP prácticamente solo se utilizan en modelos básicos. Si compras un Tesla Model 3 o Model Y con tracción trasera, obtienes la tecnología LFP. Este es también el caso del MG4 y a partir de 2025 del Volkswagen ID 2.

El sodio puede reemplazar al litio en las celdas de la batería. Esto tiene muchas ventajas. El principal es el precio. Los coches eléctricos ahora suelen ser demasiado caros para el público en general y eso se debe a la batería. Las buenas celdas NMC actualmente cuestan USD 164 por kilovatio hora de contenido energético, dice el profesor Markus Hölzle del Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) en Ulm. Para las células LFP es de $133, para las células de iones de sodio $90. Además: el sodio está fácilmente disponible.

Los primeros coches eléctricos con baterías de iones de sodio se lanzarán en China este año. Pero la densidad de energía aún más baja de estas células limita el rango. Por otro lado, la vida útil esperada es larga, lo que hace que los compradores con un presupuesto ajustado sean particularmente felices. La difusión de esta química celular depende de cómo se desempeñe en la práctica en los vehículos eléctricos. La pregunta es: ¿pueden esas baterías estar a la altura de lo que prometen?

Las células NMC y LFP seguirán dominando el mercado. En las celdas NMC, la relación de mezcla cambia: contiene cada vez más níquel y cada vez menos cobalto. El verdadero paso adelante con respecto a las celdas de batería no se refiere al cátodo, sino al otro terminal, el ánodo. Casi todos los fabricantes usan grafito para esto. El grafito ha demostrado su valor, pero hace que la batería sea pesada y reduce el rendimiento de la carga. Para evitar esto, los fabricantes pueden agregar silicio al grafito. El Porsche Taycan fue el primer vehículo eléctrico en el que un fabricante optó por este enfoque. La proporción de silicio es actualmente de un solo dígito, pero aumentará gradualmente a lo largo de la década. El efecto: una carga mucho más rápida y una densidad de energía cada vez mayor.

El precio del litio subirá con fuerza en 2022, hasta los 80€ el kilo. Pero desde el otoño pasado, el precio ha bajado igual y se encamina a las tres decenas el kilo. Según Reuters, los principales productores de litio en China acordaron un precio mínimo equivalente a 33 € por kg para contrarrestar la caída de los precios.

Durante años recibieron elogios por el gran salto adelante en el desarrollo de baterías: en las baterías de estado sólido, el electrolito es sólido en lugar de líquido. Un electrolito sólido no es inflamable. La característica especial de estas baterías es el ánodo hecho de metal de litio puro. Esto crea una célula con una densidad de energía óptima. Tenemos que esperar y ver si las baterías de estado sólido se usarán a gran escala y cuándo, porque las celdas convencionales con un alto contenido de silicio en el ánodo de grafito prometen propiedades similares a las del estado sólido.

Muchos fabricantes dicen que pronto instalarán baterías de estado sólido, pero a menudo se trata de electrolitos «semisólidos» sin litio puro. Tales celdas no tienen la densidad de energía extremadamente alta de las verdaderas celdas de estado sólido. Una marca como VinFast de Vietnam tiene como objetivo suministrar su nueva generación de autos eléctricos con baterías de estado sólido a partir de 2024.

Independientemente de la química y el tamaño, los fabricantes combinan las celdas individuales en un sistema de batería. Esto determina la autonomía real y el rendimiento de un coche eléctrico. La gestión del software controla las celdas. La calefacción y la refrigeración también son importantes para el rendimiento diario. Además, la protección debe estar en orden en caso de colisión. Los sistemas de baterías más conocidos actualmente provienen del líder del mercado mundial CATL y BYD, ambos fabricantes chinos. CATL comercializa la batería ‘Qilin’. Este sistema es adecuado tanto para celdas NMC como LFP. El enfriamiento es tan bueno que el tiempo de carga del 10 al 80 por ciento es de solo diez minutos.

En comparación: Hyundai produce los modelos de serie de carga más rápidos en la actualidad y tardan unos dieciocho minutos. La batería Blade de BYD, por otro lado, lleva un principio básico al extremo: poco empaque, mucho material llamado activo. En este enfoque, las celdas no solo se colocan directamente en la carcasa. Esto se llama celda a paquete. La tapa superior se dobla como un fondo interior. Esto se llama de célula a cuerpo. El sello BYD incorpora esta batería blade con tecnología de celda a paquete y de celda a cuerpo como estándar. El modelo probablemente estará en el mercado holandés a finales de año.

Las celdas de la batería pueden ser redondas («cilíndricas»), planas como una caja («prismática») o rodeadas por una bolsa flexible («bolsa»). Es imposible decir qué forma de celda es la mejor, porque hasta ahora ninguna celda ha predominado claramente. La más conocida es la pila redonda, que todos hemos sustituido en un aparato eléctrico. Para Tesla, alguna vez contribuyeron al avance del fabricante. Hoy en día, ningún fabricante de automóviles es estricto en esta área.

BMW utilizará celdas redondas del proveedor EVE en sus modelos Neue Klasse (a partir de 2025). Las propiedades de estas células podrían ser superiores a las de Tesla. Sin embargo, los autos eléctricos de hoy en día generalmente contienen celdas prismáticas o celdas de bolsa. Las celdas prismáticas se pueden integrar en la carcasa entre los ejes de una manera particularmente ahorradora de espacio debido a su forma de caja.

Volkswagen eligió este formato para la próxima celda unitaria en la que está trabajando el fabricante. Las celdas prismáticas también se pueden encontrar en la llamada batería de cuchillas de BYD. Los chinos son fabricantes de baterías y automóviles. BYD utiliza celdas largas, planas y estrechas con química LFP. En general, la forma no tiene nada que ver con el contenido; todo puede ir junto en ese sentido.