Baterías con 500 kilómetros de autonomía a partir de 2020

Las actuales baterías de litio ofrecen una densidad energética, un valor relacionado con la autonomía que aportan, de hasta 180 Wh/kg (vatios hora por kilo). La próxima evolución, prevista para 2015, utilizará una composición basada en litio y azufre y llegará hasta 350 Wh/kg. Y a partir de 2020 se esperan las primeras pilas de litio-aire, que se moverán entre 500 y 1.000 Wh/kg y podrían ofrecer duraciones superiores a los 500 kilómetros. Son las conclusiones de un análisis realizado por Axeon, el principal fabricante europeo de baterías de litio.

La inmensa mayoría de coches eléctricos modernos equipan baterías de litio, y aunque estas pilas han mejorado notablemente la capacidad de los acumuladores anteriores, generalmente de NiMh o níquel metal hidruro, no parecen todavía suficientes. Y no lo parecen por dos aspectos principales: su elevado precio y su reducida autonomía. Hoy en día, estas baterías aportan una duración media de unos 150 kilómetros y cuestan en torno a 500 euros por cada kWh de capacidad que tengan (las de un Nissan Leaf tienen 24 kWh).

Así, a partir de 2015 las pilas de litio-azufre (Li-S) son una de las alternativas más prometedoras para mejorar el rendimiento de los vehículos eléctricos: otorgan casi el doble de autonomía que las de litio de ahora, pero sin aumentar el tamaño y el peso, y salen más baratas. Más adelante, hacia 2020, será el turno de los acumuladores de litio-aire (Li-O2), con unos beneficios enormes que hoy en día parecen casi de película de ciencia-ficción. Ambas alternativas están todavía en fase de I+D y deben superar diversos escollos técnicos antes de poder comercializarse.

Las baterías modernas se denominan de litio porque incluyen una sustancia líquida o electrolito que es una sal de litio. A cada extremo del electrolito están los electrodos o polos, que se llaman cátodo (positivo) y ánodo (negativo). Y el conjunto funciona por el movimiento de los iones de litio entre los dos polos y a través del electrolito: en carga se desplazan del cátodo al ánodo, y en descarga en sentido contrario. Por ello, y a grandes rasgos, el límite de rendimiento de la batería lo marca la capacidad de estos polos para almacenar iones antes de saturarse.
Las investigaciones en laboratorio demuestran que hay un gran potencial de mejora basado en los materiales que forman estos electrodos.

La mayoría de pilas para vehículos eléctricos llevan ánodos de carbón y cátodos metálicos, ya sean de litio, hierro u otros materiales. Lo más habitual ahora son lo cátodos de litio, manganeso y cobalto.
Estas pilas otorgan una densidad energética de hasta 180 Wh/kg (vatios hora por kilo), lo que en los modelos actuales se traduce en una autonomía media de unos 150 kilómetros.

Las alternativas más prometedoras que se ensayan en la actualidad son, a medio plazo, las pilas de litio-azufre (Li-S) y a largo, las de litio-aire o litio-oxígeno (Li-O2). Las de Li-S, que se esperan para el horizonte 2015-2020, podrán llegar a los 350 Wh/kg y otorgar unos 300 kilómetros de autonomía. Las de Li-O2, en cambio, será difícil que se puedan comercializar antes de 2020, pero aportan entre 500 y 1.000 Wh/kg y podrían derivar en autonomías superiores a los 500 kilómetros. Y siempre, manteniendo unas dimensiones similares a las de las pilas de ahora.

Ambas alternativas resultan esperanzadoras y la mayoría de científicos e ingenieros coinciden en que se convertirán en las baterías del futuro. Sin embargo, las dos tecnologías deben superar aún varios desafíos pendientes, de costes y seguridad entre otros, para poder aplicarse con garantías en vehículos eléctricos.

Litio-azufre
Aunque la incorporación de cátodos de azufre comenzó en los años 60, todavía no se han conseguido baterías recargables con esta tecnología que hayan alcanzado la mayor densidad de energía o autonomía que se supone que aportan. Al menos, es lo que Axeon refleja en su estudio. 

Tres compañías trabajan hoy con esta alternativa: Sim Power/BASF, Samsung y Oxis Energy. Polyplus solía ensayar también las pilas de Li-S, pero vendió sus patentes a Sim Power para centrarse en el desarrollo de los acumuladores de Li-O2.

Lo mejor es que doblan casi el rendimiento de las pilas actuales, pero todavía hay que solucionar la elevada autodescarga cuando no se utilizan y su inferior vida útil, porque soportan menos ciclos de carga y descarga antes de empezar a degradarse.

La empresa estadounidense Sim Power montó una batería de Li-S en un avión no tripulado en 2010. Se comunicó una densidad energética de 350 Wh/kg, pero no se ofrecieron datos acerca de los ciclos de carga y descarga que soportaban. 

Oxis, de Reino Unido, es la compañía que más se acerca a solucionar los “peros” y poder comercializar las esperadas baterías de Li-S. Comenzarán con bicis eléctricas a partir de 2014, y presentarán el primer prototipo de pila para coche en 2013, en el próximo Salón de Ginebra. Si todo va bien, estas baterías se estrenarán en automoción a partir de 2015.
Anuncian 300 Wh/kg, aunque todavía duran solo, en plenitud de funcionamiento, unos 300 ciclos, frente a los 2.500-3.000 de las baterías actuales. Ahora se trabaja por aumentar su longevidad y, a pesar de todo, las primeras baterías se testarán para homologación en Europa este mismo año.

Oxis dice haber solucionado también otro de los problemas asociados a esta técnica, la seguridad, que se ve un poco comprometida al pasar de polos de litio-carbón a otros de litio-azufre, porque a veces el electrolito se vuelve inestable y puede calentarse o mostrar reacciones paralelas. Además, si entra agua o humedad en la pila hay riesgo de que se formen sulfuros de hidrógeno (H2S), altamente tóxicos.

Dos alternativas de menor coste al Li-S son los acumuladores de sodio-azufre (Na-S) y de manganeso-azufre (Mg-S), que al prescindir del litio salen más baratos. De Na-S hay dos alternativas: pilas de baja y alta temperatura. Las de alta ya no se estudian, porque se detuvo su desarrollo tras un incidente ocurrido en Japón, donde se estaban ensayando baterías de Na-S como soporte para la red. Las de baja temperatura presentan unas características de funcionamiento muy parecidas a las de Li-S, pero pueden crear asimismo los sulfuros de hidrógeno, por lo que se han desechado también para aplicaciones de automoción. 

En cambio, con las de Mg-S no hay estos problemas y se disfruta todavía su mayor economía frente a las de litio. Toyota, por ejemplo, está ya manos a la obra, tratando de desarrollar estas baterías en sus laboratorios.

Litio-aire
El salto adelante que podría ser definitivo. Tienen una densidad energética o autonomía enorme, de 500 a 1.000 Wh/kg, pero también duran muy poco, porque empiezan a perder rendimiento con tan solo 80 ciclos de carga y descarga.

Las baterías de Li-O2 necesitan “respirar”, es decir, que entre y salga oxígeno de la pila para poder funcionar, lo que genera a su vez complicaciones adicionales. Para empezar implica una mayor complejidad técnica y de materiales, porque el ánodo debe ser poroso al aire pero impermeable para el agua y la suciedad.
Además, en utilización cogen oxígeno del ambiente y en carga lo sueltan, lo que puede provocar concentraciones de O2 demasiado elevadas en garajes y otros entornos cerrados.

Hay dos tipos de pilas de Li-O2 en investigación, con base acuosa y no acuosa. Las primeras se ensayan desde los años 70, pero las otras han empezado a desarrollarse con intensidad a partir de 2006.

BASF e IBM son las empresas mejor posicionadas en esta carrera por lanzar la primera pila de Li-O2. IBM es la más ambiciosa y comunica que tendrán un prototipo de batería con esta tecnología para 2013, y que esperan poder comercializarla en 2020.

El escollo principal es que estas baterías empiezan a degradarse y perder capacidad con tan solo 80 ciclos, 100 máximo, porque aparecen reacciones paralelas con el electrolito y porque el litio depositado en el ánodo puede alterar la forma de éste e incluso generar cristales metálicos. IBM, sin embargo, asegura que trabaja con un electrolito especial que soluciona estos problemas.
Otro inconveniente es la baja eficiencia eléctrica de los procesos de carga y descarga, que se queda en un 65%, es decir, que requieren una mayor cantidad de electricidad para cargarse que las actuales (con un 90% o más de eficiencia). 

Las previsiones señalan que hacia 2015 se habrán alcanzado ya los 300 ciclos de vida y que a partir de 2017 se podría llegar a unos más aceptables 1.500 ciclos, que se han fijado como valor mínimo objetivo antes de proceder a su comercialización. 

De forma paralela a la investigación de nuevas baterías, se trabaja también en la mejora de los procesos de carga. En otro artículo, titulado en busca de la recarga perfecta, tenéis las últimas innovaciones.

Comments

[Publicado por: Alquiler de carro Bogota]

Las grandes compañías siempre piensan en las necesidades de los clientes y en el mundo automovilístico se debe innovar para ser competente.

[Publicado por: Jose Manuel]

Adios negocio de pretoliferas, adios sensaciones de conducir, hola especulaciones y negocio de las baterías...

[Publicado por: Daniel]

Hola Buenas que tal?Fuera el petroleo y la mafia que nos lo vende a precios desorbitados casi ya impagables, fuera coches de combustión, fuera contaminación. Esta muy bien esto de los coches eléctricos, deberían investigar mas, y dejar Ya de fabricar coches de Combustión contaminantes, deberían destinar mas mas dinero y recursos en la mejora y la investigación de esta tecnología, contaminamos demasiado, Ojala trabajara en el equipo que diseñan este tipo de coches y tecnologia y trabajar con ellos y aportar mis ideas, pero que se le va hacer, jeje, no estoy dentro, yo para mejorar la autonomía de estos vehículos le pondría varios generadores en las ruedas que cogiese energía mientras el vehículo se va moviendo, para que conforme se va moviendo que vaya recargando la batería, después tambien le colocaría unas placas de energía Solar de alta calidad, así tanbien cogería energía del sol y recargaría la batería, la energía solar tanbien ah mejorado muchísimo y habría que tenerla presente también, con estas dos opciones, entraria mas energía casi de la que se gasta y la autonomía mejoraría considerablemente. Tanbien pienso que ahí mucha mafia del petroleo que impide que salgan y se desarrollen este tipo de tecnologías, puesto que ellos perderían mucho, y si apenas no se ah desarrollado lo bastante o suficiente es por ello,EL GRAN Y SUCIO NEGOCIO DEL PETROLEO, Un Gran Saludo a Todos.

[Publicado por: Bren]

Para los que no les convencía la autonomía. Yo estoy convencido de que esta tecnología, que esta en constante evolución, va a seguir mejorando hasta que el precio del vehículo eléctrico haga ridícula la decisión de comprar un vehículo de combustión interna. No creo que lleguen a ser más baratos, pero las ventajas de los eléctricos o híbridos son evidentes. Además comprar un vehículo no es la única opción, también se puede convertir un vehículo común en eléctrico, hay mucha información al respecto en la página http://autolibre.blogspot.com/

[Publicado por: Marcos Baeza]

Para Mark Gemmell:
El Model S es una berlina eléctrica de cinco metros con tres paquetes de baterías disponibles: 40 kWh, 60 kWh y 85 kWh. Como verás, son capacidades enormes, que hasta cuadriplican el tamaño de las pilas de los modelos que los principales fabricantes venden ahora. Con el paquete más grande, de 85 kWh, alcanza una autonomía (estimada, según reza la información de la marca) de 482 kilómetros.
Un Renault Fluence, con sus 22 kWh, ofrece una autonomía homologada (no estimada) de 185 kilómetros. Si ponemos tres de estos módulos de baterías, llegaríamos a 66 kWh y 555 kilómetros.
En mi opinión, el Model S aporta una gran autonomía (estimada), pero no destaca por su rendimiento en proporción al tamaño de pilas que equipa.
No se trata de multiplicar por tres o cuatro el tamaño las baterías de ahora, porque así se incrementa tanto el peso como el coste, sino de idear nuevas baterías que, con un tamaño similar al de las actuales, proporcionen duraciones muy superiores a las de ahora. Y eso, precisamente, es lo que refleja el análisis de Axeon.
Tesla es una compañía innovadora y con gran mérito, entre otras cosas porque fueron los primeros en ofrecer un coche eléctrico deportivo y de gran autonomia, el Roadster. Lamentablemente, hoy en día está en números rojos...

[Publicado por: Mark Gemmell]

El 22 de este mismo mes de Junio 2012 Tesla Motors comienza a entregar su Modelo S con un alcance de 500km en una carga. Van a fabricar unos 14000 coches al año. www.teslamotors.com.

2020?? Este articulo esta muy equivocado.

[Publicado por: Josillo40]

Opino semejante, las baterias son el gran handicap de los coches electricos.

[Publicado por: gambi]

No es mi intencion "Trollear" pero cuando hablan de Baja Eficiencia de Recarga y dicen que las actuales tienen una eficiencia del 90% me he quedado sorprendido. Según siempre he tenido entendido es todo lo contrario, se pierde el 90% y solo se almacena el 10%, algunas pilas de combustible reversibles llegan a aprovechar el 35%. Por favor si estoy equivocado estaría bien un articulo esplicando esto.

[Publicado por: victor hugo galvis]

Bueno para eso estas empresas fabricantes de automóviles ganan suficiente pasta para dediquen algo a mejorar los recursos energéticos de los coches eléctricos y contribuyan con algo al mejoramiento del medio ambiente, a ver si de una vez por todas terminamos con el ciclo de los hidrocarburos

[Publicado por: Secretos para ligar]

Está clarísimo que estos coches no triunfan por la poquísima autonomía que tienen. Impiden que viajes con ellos, por lo que es como tener una motocicleta. Seguramente haya gente con conciencia ecológica dispuesta a sobrepagar por un coche de estos, o si no gente que siente que es ir a la moda, pero mientras no ofrezcan servicios dignos... mejor que no los intentaran ni vender. No te puedes ni ir al pueblo con ellos.

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[Publicado por: Bernardo Perdomo]

La gente cuando se va a comprar un coche piensa en poder viajar con él y a nadie le parece atractivo que un coche eléctrico tenga una autonomía de 160 kilómetros.

Hay que conseguir más autonomía y también hacer que se preparen las ciudades.

[Publicado por: coches electricos]

Se estan actualmente haciendo avances en este sentido, incluyendo la reducción de tiempos de recarga en apenas 20 minutos.
Fuente: http://www.infococheselectricos.es/noticias/coches-electricos-y-disminucion-de-tiempos-de-recarga/

[Publicado por: Kits Bicis eléctricas]

Efectivamente el futuro de los coches eléctricos no pasa por los motores sino por las baterías.
http://bicicleta-electrica.blogspot.com/

[Publicado por: Javier]

Sería bueno que se hicieran análisis sobre la nueva revolución de motores de aire comprimdo: http://creandoutopias.net/2012/04/19/la-nueva-revolucion-el-coche-de-aire-comprimido/

[Publicado por: webs empresas]

Esto es lo que tiene y debe hacer la industria del automóvil: investigar y progresar.

[Publicado por: Matías]

Se dice que IBM va a desarrollar baterias que permiten una autonomia de 800km, sin duda que estos avances van a fomentar el mercado de coches electricos.