En los últimos años venimos asistiendo al auge del coche eléctrico. Aunque los primeros intentos de implantar baterías eléctricas se remontan a las primeras décadas del siglo XX, es ahora cuando la automoción electrificada promete revolucionar la industria debido a sus emisiones (casi) nulas y la ausencia de ruido, en línea con las necesidades de la transición energética y los nuevos modelos de movilidad en todo el mundo.

Sin embargo, el coche eléctrico no representa hoy en día más del 3% de las matriculaciones en casi ningún país, y es que, para lograr su expansión generalizada, el vehículo electrificado debe superar retos importantes como el de la autonomía de las baterías, las redes de recarga y su precio.

Puntos de recarga

En la actualidad, al problema de la autonomía del coche eléctrico se suma la insuficiencia de una red generalizada de puntos de recarga. A pesar de haber pasado a formar parte del mobiliario urbano de las grandes ciudades, estos puntos son aún limitados en el resto de territorios, dificultando o incluso imposibilitando en muchas ocasiones los trayectos largos o no urbanos a bordo de un coche eléctrico.

Además, el tiempo de carga es hoy en día otra barrera, ya que las baterías de los vehículos eléctricos actuales tardan una media de ocho horas en conseguir una carga completa, pudiendo reducirse a una o dos horas en los puntos de recarga acelerada y, solo en modelos concretos, existe la carga rápida (43 kW) en menos de una hora. El escenario ideal soñado es la carga inductiva, que el coche se recargue mientras se conduce, pero la tecnología actual está aún lejos de conseguir este hito de forma significativa.

Baterías: escasez de materias primas

Las baterías son el reto clave de la electrificación del automóvil. China, Corea del Sur y Japón lideran la fabricación de este componente, esencial para la movilidad del futuro, mientras que Europa se enfrenta a un problema de dependencia, ya que el 85 % de las baterías se producen fuera de la UE.

La dificultad radica en las materias primas con las que se fabrican las baterías: grafito, litio y cobalto fundamentalmente. Regiones como Europa carecen de fuentes propias de estos minerales, aunque han mejorado en los últimos años en el refinado de estas materias primas que también domina China. Por su parte, Bolivia y Chile son dos de las principales reservas de litio, mientras que el cobalto proviene principalmente de la República del Congo. Sin embargo, las reservas actuales no serán suficientes para reproducir un parque móvil similar al actual, por lo que cada vez más se buscan soluciones innovadoras para encontrar tecnologías que usen fuentes alternativas.

Baterías de estado sólido

Una batería de litio se compone por dos electrodos de metal y un separador, llamado electrolito, que evita que se toquen. En las baterías de litio, el electrolito es un líquido o gel en el que están sumergidos los electrodos, y que tiene el inconveniente de que es inflamable, por lo que requiere muchos procedimientos de seguridad que encarecen su fabricación.

Sin embargo, en las baterías de estado sólido, el electrolito es una sustancia sólida (a menudo vidrio a base de sodio). Por ello, una batería de estado sólido puede almacenar tres veces más energía que una batería de iones de litio y se recarga en menos de una hora, además de aportar más seguridad porque no contiene líquido incendiaria, y alargar la vida útil de la batería porque el material sólido se degenera menos que el litio.

Las baterías sólidas tienen por tanto un ciclo de vida muy largo y no necesitan de cobalto, níquel o manganeso, facilitando su reciclaje dentro de la buscada economía circular.

Sin embargo, el gran reto se encuentra en su proceso de fabricación en serie, ya que es una tecnología en una fase de desarrollo temprana y todavía se está investigando cómo fabricarla a bajo coste y gran escala, ya que actualmente serían demasiado caras para poder ser adoptadas de forma generalizada en el mercado. Hay empresas explorando alternativas como la impresión 3D completa con una sola máquina, pero no hay aún un procedimiento estándar que permita su generalización.

Otras baterías alternativas en fases tempranas de investigación

  • Baterías líquidas, pero sin cobalto ni níquel: IBM ha descubierto una aleación de materiales que no precisa de ingredientes conflictivos como el cobalto o el níquel y que presenta materiales que pueden extraerse del agua de mar. Estas ofrecerían mayor seguridad por reducir la inflamabilidad, así como un tiempo de carga más rápido, mayor densidad de energía, y alta eficiencia energética.
  • Batería de litio-azufre que logran los 1.000 km de autonomía: Un equipo de investigadores australianos ha reconfigurado el diseño de cátodos de azufre para que puedan acomodar cargas de mayor tensión sin una caída en la capacidad o el rendimiento general, por lo que se podrían alcanzar 1.000 kilómetros de autonomía entre cargas, aunque no se solucionan los problemas de seguridad etc. que presentan las baterías de litio actualmente en uso.
  • Sustituir el litio por calcio: un equipo de la Universidad de Córdoba (España) ha estudiado la intercalación del calcio en óxido de molibdeno y está estudiando las reacciones entre los componentes de la batería abriendo nuevas líneas de investigación.
  • Supercondensadores de grafeno: el grafeno es considerado uno de los nanomateriales del futuro. Con él se pueden fabricar condensadores que se han implantado ya en algunas furgonetas por una firma de Singapur. Estas baterías tendrían mucha más capacidad, facilidad de reciclaje y mejores prestaciones.
  • Baterías orgánicas: utilizan materia orgánica abundante para almacenar energía. Se utilizan las propiedades eléctromagnéticas de materiales presentes en la naturaleza de forma sostenible, como la quinona, una molécula de la lignina que es el polímero vegetal más abundante en el mundo.

Sostenibilidad

Cada vez más, la industria trabaja por desarrollar los componentes del coche eléctrico con materiales y procesos sostenibles. Se tiende así a escapar del cobalto y otras materias tradicionalmente utilizadas en este sector, para primar cada vez más nuevos materiales más eficientes, menos contaminantes y que permitan el reciclaje dentro de un modelo de economía circular.

Parte de este escenario lo conformará también la propia fuente de energía con la que se recarguen las baterías de los coches autónomos. En un momento de auge mundial de las energías renovables, se busca cada vez más avanzar en esa línea, llegándose incluso a estudiar la posibilidad de recarga a través de dióxido de carbono.

En cualquier caso, si aumenta exponencialmente el parque de vehículos eléctricos, serán a su vez necesarios sistemas masivos de almacenamiento energía para cubrir los picos de demanda, un campo en el que sigue primando el ion-litio, con las consecuencias y limitaciones que conlleva, y por lo que se están buscando también otras alternativas.

 

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