Ismael Morales Jiménez es apasionado de las tecnologías y del motor y colabora habitualmente en varios medios online como redactor
¿Cuándo tendremos baterías con más capacidad? ¿La mayor capacidad dará lugar a un mayor peso y por tanto tendremos menores prestaciones prestaciones?
Éstas y otras muchas preguntas son las que pueden rondar la cabeza de todo entusiasta del vehículo eléctrico, pero por suerte algunas de ellas tienen (fácil) respuesta, y una de ellas es la INVESTIGACIÓN MOLECULAR
Las baterías nos acompañan desde hace años: teléfonos móviles, portátiles, tablets, etc., un sinfín de utilidades se le dan a diario, y una inquietud siempre ha perseguido a los usuarios que han hecho uso de éstas: su eficiencia y autonomía.
Pilas para baterías
Si bien es cierto que ésto depende en gran medida del uso que se le dé al aparato en cuestión, las baterías ven mermada su capacidad en función de diversos aspectos, tales como el tiempo de carga, su protección a sobrealimentación, temperatura y condiciones de uso, por lo que son aspectos en los que los fabricantes se centran cada vez más, procurando mitigar sus defectos y lograr solventar problemas, colocando disipadores de calor, cortafuegos para la protección contra el fuego en el caso de varias celdas para prolongar la autonomía del conjunto, así como materiales protectores aislantes de mayor protección, entre otras. Pero, ¿cómo aumentar la capacidad de una batería sin aumentar su tamaño y su peso?
La investigación molecular está logrando en ésta última década dar pasos agigantados en el ámbito del almacenamiento energético. Empresas, institutos tecnológicos, instituciones de prestigio y científicos están lanzándose hacia una carrera de investigación que pretende mejorar el rendimiento de las baterías maximizando su eficiencia y su capacidad.
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Maximilian Fichtner del Instituto Helmholtz Ulm ha presentado unos resultados de investigación muy importantes para prolongar la capacidad de almacenamiento de energía de una batería de polímeros de litio común.
Utilizando un compuesto de porfirina de cobre en un electrodo de litio se pueden aumentar los ciclos de carga y descarga varios cientos de miles de veces, lo cual de entrada nos garantiza una mayor durabilidad de cara al futuro y permite postergar el cambio o sustitución de las baterías. Trasladando a números el resultado del uso de la porfirina de cobre en los electrodos de litio nos podemos hacer una idea de ésta magnífica noticia: aseguran que la capacidad de carga conseguida en todos los ensayos de laboratorio alcanza nada más y nada menos que 150mAh por cada gramo de litio a un voltaje constante de 3V.
Celdas 18650
Para ponernos en perspectiva, un Tesla Model S usa baterías de litio en paralelo y en serie para lograr alcanzar capacidades de 60, 70, 75, 85, 90 y 100 Kwh, y sus baterías las componen unas celdas Panasonic de 46,5 gramos que logran 3,1 amperios máximo a 3,6 voltios.
Y para no volvernos locos con estos datos, llegados a este punto voy a explicar brevemente qué es cada cosa para entender su importancia. Amperaje, Voltaje y Potencia son magnitudes que se utilizan para medir propiedades de las corrientes eléctricas.
La cantidad de potencia nos indica la fuerza, el empuje, y se mide en Vatios (W). Por cada mil vatios se alcanza 1 kilo (1000) de vatios, o kilovatio (kw).
El voltaje mide la tensión eléctrica, es decir, la corriente a la que funciona un aparato. Una pila AA común genera entre 1,5 v y 1,7 v (voltios) y si las colocamos en serie suman voltaje, técnica que se utiliza para alimentar aparatos o motores más grandes y potentes (en los Tesla se usan baterías de 3,6 voltios en serie hasta llegar a la suma de 400 voltios), pero si se colocan en paralelo mantiene ese voltaje durante más tiempo, porque se suman las “capacidades”. Recuerda que la potencia puede aumentar o disminuir, la intensidad también, pero el voltaje se mantiene constante a no ser que se coloquen en serie y se sumen.
La intensidad con la que una corriente circula es el amperaje. La capacidad de una batería se mide en miliamperios (mA) o en amperios (1000mA = 1A) y en función de dicha intensidad y lo grande que sea ésta. Cuando queremos contabilizar dicha intensidad o capacidad por cantidad de tiempo se usan los mAh (mili-Amperios-hora) o en su defecto Ah (Amperios-hora) y así es como conseguimos realizar mediciones estimadas de la capacidad de una batería durante un periodo de tiempo determinado.
Explicado todo esto y retomando esta noticia de una nueva evolución tecnológica en investigación molecular, se garantizará un aumento de la capacidad para una mismas baterías en hasta 6,975 amperios a la hora, lo que se traduciría en duplicar la autonomía de un vehículo. El cálculo por el que se llega a estas cifras es el siguiente:
- Usando porfirina de cobre aplicada a los polímeros de litio se logra por cada gramo entre 130 y 170 mAh, pongamos de media 150 mAh.
- Cada celda de una batería de Tesla pesa 46,5 gramos y tiene una capacidad de 3,1 Ah (3100 mAh)
Por lo tanto, capacidad total = 46,5 gramos x 150 mAh; es decir 6975 mAh, o lo que es lo mismo: más del doble que la capacidad original de 3100 mAh.
¿Cómo se traduce esto en términos de capacidad total de la batería de un Tesla? Una batería actual de 60 kWh pasaría a ser de 120 kWh, una de 70 pasaría a ser de 140, etc. Todo ello con una batería de mismo peso y tamaño, pero con porfirina de cobre en los electrodos. Y consecuentemente, los actuales datos de autonomía de los coches que montan esas baterías se duplicarían. Hablamos de más de 1.000 km de autonomía reales en un Model S 100D (que ahora pasaría a denominarse 200D).
Tesla Model S
Esta noticia podría marcar un importante hito y un gran cambio en la producción de baterías, tanto para los vehículos eléctricos como para todos los dispositivos que se alimentan de baterías. Pero sin duda el mayor potencial disruptivo lo tiene en el campo de la movilidad eléctrica sostenible, con mayores autonomías para los vehículos y con mejores perspectivas económicas, ya que otras tecnologías que se están estudiando para aplicar a la fabricación de baterías, como usar grafenos o polímeros de carbono, son mucho más costosas y aunque permitían una importante reducción del tamaño de la batería (del 15% al 20%) no veían aumentada su capacidad (alrededor de un 20% más) tanto como en el caso de esta nueva tecnología.
¿Cuál será el camino a seguir ahora? ¿Deberían los fabricantes invertir más en éste tipo de investigaciones?
2 Comentarios. Dejar nuevo
Muy interesante, Ismael. Desde luego el futuro (presente) nos traerá avances notables en tecnología de baterías.
Sin embargo, me gustaría relativizar este asunto.
En mi opinión la relevancia de la “capacidad de las baterías” reside en la coyuntura actual de cambio tecnológico (respecto a la combustión interna). El hecho es que, en la práctica, las baterías de los VEs de HOY mismo YA disponen de una capacidad suficiente para la gran mayoría de usuarios.
Los primeros teléfonos móviles ofrecían dos o tres días de autonomía. En poco tiempo consiguieron desplazar a la telefonía fija, cosa que seguramente habría llevado bastante mas tiempo si la autonomía hubiera sido de solo 24 horas. Como hemos visto, en ese proceso de maduración, digamos del mercado, la autonomía ha dejado de ser un factor relevante. Hoy todos tenemos “smart phones” de un día de autonomía (o menos) y casi nadie considera que sea un gran obstáculo. De hecho hay soluciones para quienes si es un problema.
Como sabemos, el VE recarga donde duerme y/o donde trabaja su dueño/a. Solamente para aquellos de usuarios que recorren mas de… 200 km/día ¿? se puede considerar un problema, de tipo recurrente/excluyente, o solo puntual.
Con esto no quiero decir que la industria no vaya a desarrollar soluciones para ese nicho de usuarios. Lo hará, como en la telefonía. Pero estoy convencido de que en la senda de maduración del mercado automovilístico, la capacidad de las baterías dejará de ocupar el papel tan determinante que tiene hoy.
De hecho, diría que ya está empezando a pasar.
Es una gran noticia. El camino a seguir es continuar investigando e indagando en como mejorar las baterías actuales, así como investigar más en grafeno. Reducción de espacio, disipación de calor, disminución de peso y aumento de autonomía. Un VE con 1000 kms ya es una cifra más que respetable y si le sumamos el ahorro de tiempo en carga, porque consigan aumentar la velocidad de recarga de las baterías…. ¿Estoy soñando o es lo que quiero para el futuro?