Híbridos y Eléctricos

El coche eléctrico se reinventa con las baterías de electrolito sólido

Las baterías de electrolito sólido se posicionan como la tecnología más prometedora para lograr equiparar la funcionalidad de los coches eléctricos a los de combustión, superando las barreras de la autonomía, los tiempos de carga y el precio.

Las baterías de electrolito sólido podrían revolucionar el mercado del coche eléctrico.
Las baterías de electrolito sólido podrían revolucionar el mercado del coche eléctrico.

La principal barrera tecnológica con la que se enfrenta la movilidad eléctrica hoy en día está relacionada con las baterías. Lograr autonomías reales de 500 o 600 kilómetros y recuperar esa energía en menos de 10 minutos son sus desventajas actuales. Los proyectos de investigación y desarrollo más prometedores están relacionados con las baterías de electrolito sólido, que pueden superar estos obstáculos, y ofrecer coches eléctricos asequibles y competitivos en el mercado igualando su utilidad con los de combustión.

El desarrollo de esta tecnología podría ser la clave para acelerar la desaparición de los combustibles sólidos, ya que un vehículo eléctrico proporcionaría una experiencia de uso similar, más económica, más placentera y respetuosa con el medio ambiente. Según Ted Miller, gerente de investigación y estrategia de almacenamiento de energía en Ford Motor, “no vemos otra manera de llegar a este objetivo sin tecnología de estado sólido. Lo que no puedo predecir en este momento es quién lo va a comercializar”.

La creciente electrificación de la industria automotriz aumentará de forma exponencial la demanda de baterías. Según el último informe de Bloomberg NEF entre los vehículos de pasajeros y los autobuses eléctricos la demanda de baterías en 2017 alcanzó los 44 GWh. Para 2030 se prevé que aumentará por encima de los 1.500 GWh al año. Quien logre hacer viable la tecnología de las baterías de estado, superando a las de litio, obtendrá una ventaja en un mercado que se estima que alcanzará un valor de 84.000 millones de dólares en 2025, en comparación con los 23.000 millones actuales que calcula el banco UBS Group.

Arquitectura de una batería de iones litio, izquierda, y una batería de electrolito sólido, derecha. Fuente Toyota

Arquitectura de una batería de iones litio, izquierda, y una batería de electrolito sólido, derecha. Fuente: Toyota

La tecnología de electrolito sólido supone una revisión de la arquitectura interna de las baterías de litio para eliminar de su composición los materiales líquidos inflamables. Su desarrollo promete mejoras importantes en los paquetes de iones de litio existentes, que, según los fabricantes de automóviles, están llegando al límite de su capacidad de almacenamiento.

Las principales investigaciones sobre esta tecnología se realizan en Japón, China y los EE. UU. Las baterías actuales de litio utilizan un electrolito sólido a través del cual viajan los iones de un electrodo a otro, generando electricidad o recuperando energía. Incorpora un electrolito de cerámica, vidrio o un polímero semisólido, que elimina los riesgos de sobrecalentamiento y por lo tanto de incendio. Además, en algunas de las investigaciones, se empareja esta tecnología con un ánodo de metal de litio mejorando la densidad de energía resultante.

La eliminación de los sistemas de seguridad necesarios para evitar este peligro hace que sus celdas  sean más pequeñas y económicas, lo que permite un mayor número de ellas en el mismo volumen y con el mismo peso, aumentando todavía más la capacidad y por lo tanto la autonomía.

La problemática y el estado de las investigaciones

Para lograr este objetivo antes es necesario resolver el puzle que supone el compromiso entre las diversas variables que intervienen a la hora de fabricar una batería: la densidad de energía, la potencia, el coste económico y la durabilidad. Con los prototipos actuales no se ha logrado alcanzar una duración de batería compatible con las necesidades de un vehículo. Además tienen una conductividad deficiente, unos costes no competitivos y, en dificultades técnicas que en ocasiones y durante el proceso de carga y descarga, producen la hinchazón y contracción violenta de los materiales que la forman.

Actualmente, el mejor prototipo con baterías de estado sólido ha sido desarrollado por Toyota. El fabricante asiático posee más de 233 patentes y aplicaciones relacionadas con esta tecnología, el triple que su competidor más cercano. Ha invertido 13.900 millones de dólares en esta línea de negocio con el propósito de comercializarla a principios de 2020.

A Toyota Auto Body Co. Coms super-compact electric vehicle (EV) is parked outside a model smart house, developed by Toyota Motor Corp.'s Toyota Housing Corp. unit, inside the

Toyota COMS. Fuente: Bloomberg.

Toyota cuenta con 200 empleados con dedicación plena en su centro de investigación Higashi-Fuji, cerca del Monte Fuji. Por ahora ha avanzado en el uso de baterías de estado sólido logrando alimentar un reloj digital, un scooter de dos ruedas y una cinta transportadora. Actualmente está probando la tecnología en una versión adaptada del COMS, su automóvil de baja velocidad con capacidad para una persona, que está siendo utilizado como “inspiración” por el consorcio de Japón para el Centro de Evaluación y Tecnología de Baterías de iones de Litio (LIBTEC), compuesto por más de 25 compañías que incluye a Toyota, Panasonic y Nissan y financiado con 90 millones de dólares procedentes del gobierno japonés. Yasuo Ishiguro, su director gerente, lamenta que “cuando se resuelve un problema, normalmente se crea otro diferente”.

“Entre todos las investigaciones en curso se ha llegado a resolver parte del rompecabezas, pero nadie ha logrado solucionarlos todos”, añade Henrik Fisker, presidente y CEO de Fisker Inc, que también está en la carrera de esta tecnología con la colaboración de Caterpillar.

Fisker Inc. Chairman and Chief Executive Officer Henrik Fisker with lead scientist Dr. Fabio Albano examine equipment at the Fisker Solid-State Technology Lab, Los Angeles.Undated/Fisker Inc.

Henrik Fisker y el Dr. Fabio Albano, en el Laboratorio de Tecnología de Estado Sólido Fisker en Los Ángeles. Fuente: Fisker Inc.

El Instituto de Investigación de Nueva Energía Qingtao de China tiene previsto experimentar con automóviles eléctricos provistos de esta tecnología dentro de dos años y considera que podrá ofrecer un producto comercial en 2025. Los fabricantes de baterías como CATL (Contemporary Amperex Technology ) el mayor de China, las coreanas Samsung SDI, LG Chem y SK Innovation también contemplan esta tecnología como la principal sustituta de su producto actual.

Por su parte Daimler cree poder disponer de prototipos funcionales en 2020, para automóviles de pasajeros, según ha anunciado Andreas Hintennach, director de investigación de baterías en Daimler. El grupo alemán realizó un pedido el mes pasado por valor de 23.000 millones de dólares hasta 2030 en celdas de baterías de litio para sus nuevos coches eléctricos.

Volkswagen, que ha invertido 100 millones de dólares en la empresa QuantumScape para acelerar el desarrollo de esta tecnología, planea comenzar su producción en 2022. BMW mantiene desde noviembre de 2017 una sociedad con Solid Power, con la intención de lanzar un vehículo con esta tecnología al inicio de la década de 2020. Igualmente la coreana Hyundai, a través de Hyundai Cradle, la división de innovación empresarial ha realizado una fuerte inversión en Ionic Material que ha desarrollado un electrolito de polímero sólido compatible con la química de las baterías de litio. Además cuenta con un fondo de capital riesgo que incluye a Renault, Nissan y Mitsubishi Motors como patrocinadores.

Workers examine a coater, equipment used in development of solid-state battery cells at Solid Power's pilot-production facility in Louisville, Colorado in December 2018.Solid Power Inc.

Desarrollo de celdas de batería de estado sólido en las instalaciones de Solid Power en Louisville, Colorado.Fuente: Solid Power.

Por último otras empresas no vinculadas al sector como la petrolera francesa TOTAL o el fabricante de electrodomésticos con sede en Reino Unido, Dyson, también están dirigiendo sus líneas de negoció hacia el vehículo eléctrico y hacia las baterías con electrolito sólido.

La línea de tiempo de la tecnología

El consultor de la industria automotriz Sam Jaffe, director gerente de Cairn Energy Research Advisors cree que esta tecnología “es un campo de batalla brutal, pero nadie está cerca de hacer funcionar estas baterías”. James Frith, un analista de BNEF no espera que estén disponibles hasta finales de la década de 2020, al menos cumpliendo con todas las ventajas que prometen e incluso entonces “podrían estar disponibles solo a precios muy elevados”.

Por su parte, JB Straubel, director de tecnología de Tesla, dice que han mantenido conversaciones con desarrolladores y han revisado varios prototipos de baterías, y que ninguna de ellas supera las que fabrica junto a Panasonic actualmente. “Somos todo oídos, nos encantaría encontrar esta tecnología, pero todavía no lo henos hecho”, declaró el pasado mes de junio. Precisamente Panasonic continúa investigando en este campo, aunque no espera resultados aplicables a los coches eléctricos hasta dentro de 10 años.

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