¿Qué tipos de baterías existen en los coches eléctricos?

Todo apunta a que las baterías de Litio en estado sólido será el próximo escalón en la evolución de este componente.

De entre los factores técnicos, sin duda la evolución de las baterías es lo que más ha marcado el ritmo de desarrollo del coche eléctrico tanto tecnológica como comercialmente. Y no es de extrañar teniendo en cuenta que todo el diseño de un coche 100% eléctrico gira en torno a las características técnicas de sus baterías, ya desde la fase conceptual, influyendo más que ningún otro componente sobre el diseño, precio y prestaciones de coche.

Veamos a continuación cuales son los parámetros técnicos básicos de las baterías, así como los tipos de batería que impulsan hoy día a los vehículos eléctricos, a los vehículos eléctricos mover a los vehículos eléctricos atendiendo al tipo de tecnología que utilizan para acumular la energía.

Características básicas

  • Densidad energética: cantidad de energía que es capaz de almacenar una batería en relación a su peso. Se trata del parámetro más importante cuando hablamos de impulsar un vehículo pues es el que más influye en autonomía y prestaciones. Se expresa en Wh/kg (Watios-hora por kilogramo), o lo que es lo mismo, energía almacenada por cada kg de batería. Las baterías para coche eléctrico de última generación tienen una densidad de 100 a 150 Wh/Kg.
  • Potencia específica: potencia que puede proporcionar cada Kg de peso de la batería. Se expresa en W/kg. Cada batería tiene un límite característico de potencia a entregar, a partir del cual la temperatura y pérdidas energéticas aumentan de forma excesiva.
  • Eficiencia de carga/descarga: es la relación entre la energía introducida durante la recarga y la que realmente entrega. Una batería moderna suele tener una eficiencia de alrededor del 90%. El resto se pierde en calor producido por las reacciones químicas.
  • Ciclos de vida: las baterías recargables suelen perder capacidad paulatinamente con la cantidad de recargas. Varían mucho con el tipo de tecnología y pueden ir desde varios cientos a varios miles de recargas. Para paliar este hecho, fabricantes como Renault ofrecen diferentes opciones de reemplazo, según se compre o se alquile la batería.
  • Velocidad de recarga: tiempo necesario para la carga de la batería. Es más representativo y práctico el tiempo de recarga hasta el 80% de capacidad.

Tipos de baterías eléctricas

Partes de una batería Ion Litio de un coche eléctrico. Gráfica de Renault

Baterías de plomo y ácido de descarga profunda

Están compuestas por un electrolito líquido de ácido sulfúrico y por placas de plomo formando el ánodo y el cátodo. Este tipo de batería fue el más común para tracción de vehículos eléctricos, dada su robustez, gran oferta en el mercado y bajo precio. Pero requerían revisión y reposición periódica del nivel de electrolito, el cual se evapora durante la recarga. Además, tienen un impacto ambiental notable si no se reciclan, y una vida bastante corta, necesitando sustitución cada 3 años aproximadamente.

Se trata de una tecnología claramente superada hoy en día e inadecuada para el desarrollo del vehículo eléctrico principalmente por su baja densidad energética y pobre eficiencia que suele ser del 70-75%.

Baterías Ni-MH

Utiliza un ánodo de oxihidróxido de níquel (NiOOH) y un cátodo de una aleación de hidruro metálico, de ahí su nombre. Su densidad de energía llega hasta los 100 Wh/kg, superando ampliamente a las de plomo. Este tipo de baterías muestra una longevidad muy alta, siendo su uso adecuado para coches híbridos, aunque tienen en contra una eficiencia baja, del 60-70%, y un bajo rendimiento a baja temperatura. Para coches 100% eléctricos no se usa hoy día.

Baterías Ion Litio

Es el tipo de batería más extendido cuando se busca que posean mínimo peso y volumen, por lo que se utiliza en ordenadores portátiles, tablets, teléfonos móviles así como en la mayoría de los coches eléctricos actuales.

El típico esquema químico es electrolito de iones de litio, ánodo de grafito y cátodo de óxido de cobalto, trifilina u óxido de manganeso, que es capaz de conformar baterías con una potencia y densidad energética muy altas, de más de 250 Wh/kg en las últimas investigaciones, aunque los vehículos eléctricos utilizan versiones de menor densidad a cambio de conseguir una baja inflamabilidad, recarga rápida, mayor durabilidad y mayor respeto al medioambiente. Así mismo, la eficiencia de la carga descarga es de un respetable 80-90%.

Los puntos débiles de esta tecnología van siendo superados, y de ello se aprovechan modelos de última generación como el Renault Zoe ZE 40, cuya batería presume de un número de recargas, durabilidad y capacidad energética muy superior a la anterior generación de baterías de Ion Litio, todo ello debido al aumento de su densidad energética sin afectar prácticamente a su volumen.

Se trata de una tecnología aun con recorrido de mejora, según se deduce del esfuerzo de desarrollo que están mostrando los principales fabricantes, por lo que es posible que a medio plazo pueda llegar a multiplicar su capacidad y durabilidad. La última generación de baterías ion litio que ya ruedan por las calles es la variante de litio-níquel-manganeso-cobalto.

Las baterías que vienen

A continuación se exponen algunos tipos de batería en fase experimental, por orden de mayor a menor madurez. Posiblemente una de ellas tome el relevo de las de ion litio dentro de unos años:

Baterías con nanotecnologías

Ya están empezando a aplicarse a baterías comerciales, suponiendo el paso evolutivo más próximo. No es estrictamente un tipo de batería sino un tipo de ánodo aplicable a las actuales de baterías. Gracias a una microestructura espacial, el ánodo multiplica la superficie de contacto con el electrolito mejorando espectacularmente las prestaciones de las baterías sin aumentar su tamaño y peso. El desarrollo nanotecnológico engloba a varios tipos como el grafeno, la trifilina, ya presente en baterías comerciales, nano-hilos, estructuras de espuma, nanoyolk, etc.

Baterías de litio en estado sólido

El electrolito es de metal de litio en lugar de líquido. Gracias a esto la densidad energética y eficiencia aumentan y disminuye notablemente su inflamabilidad. Además todo son ventajas mejorando tiempos de recarga y ciclos de vida. Todo apunta a que pueden suponer el siguiente escalón tecnológico a medio plazo.

Supercondensadores

Realmente el condensador es el acumulador eléctrico perfecto, muy antiguo y utilizado en electricidad y electrónica, se trata realmente de un almacén físico de electrones sin electrolito ni reacciones químicas. Su velocidad de carga y descarga es casi ilimitada, su eficiencia es prácticamente del 100% y su vida superaría a la del resto del vehículo. El problema es su baja densidad energética pero, en caso de llegar a buen término el desarrollo de innovadoras membranas dieléctricas, podrían ser la solución definitiva.

Baterías de metal-aire

Las hay de zink y de aluminio. En lugar de un electrolito cerrado la batería “respira”, utilizando el oxígeno del aire para regenerarse. Sus prestaciones son muy atractivas, aunque aun se encuentran en fase temprana de desarrollo.

Imágenes| Renault, iStock ktsimage

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