La batería de litio del coche eléctrico

Por: | 13 de abril de 2010

Saco de 25 kilos de carbonato de litio del salar de Atacama. En el desierto chileno de Atacama, la Sociedad Química y Minera de Chile S.A (SQM) es hoy en día la principal productora del mundo de un elemento fundamental para teléfonos móviles o el coche eléctrico: el litio. Este material se extrae de la salmuera (agua con sal) bombeada del subsuelo del Salar de Atacama, como subproducto del cloruro de potasio, siendo procesado en instalaciones industriales cercanas a Antofagasta.

En un post anterior sobre la mucha mayor eficiencia y reducción de emisiones de un coche eléctrico frente al de gasolina, algunos lectores defendían que estas ganancias ambientales quedaban muy mermadas por el impacto de las baterías. La realidad es que una batería de iones de litio (Li-Ion) como las que llevan algunos de los nuevos autos eléctricos no destacan por tener una especial incidencia en el medio ambiente o la salud. Lo que sí resulta cierto es que mucho de lo que ocurra en los próximos años con el vehículo eléctrico dependerá del desarrollo tecnológico de este componente.

Si levantamos el capó de un coche de gasolina, encontramos la batería más común de plomo-ácido utilizada para el arranque del vehículo. A pesar de que este material puede ser altamente contaminante, hoy en día estos acumuladores están bien controlados y se reciclan un 95% de ellos. El inconveniente de emplear estas baterías también para mover coches eléctricos es que al intentar meter mucha más energía crecen demasiado, volviéndose excesivamente pesadas y voluminosas.

Otra tecnología que ha sido muy empleada para todo tipo de aplicaciones industriales ha sido la de níquel-cadmio (Ni-Cd). Sin embargo, el cadmio es un metal pesado muy tóxico, por lo que este tipo de acumuladores han sido desplazados por los de níquel-hidruro metálico (Ni-MH), que son los que lleva el coche híbrido Toyota Prius. Estas baterías pueden acumular el doble de energía por cada kilo de peso que las de plomo ácido, pero sus prestaciones no son suficientes para una verdadera expansión del coche eléctrico. Además, no resuelven del todo el inconveniente del efecto memoria: que es lo que antes pasaba a los móviles cuando la batería empezaba a durar cada vez menos por no cargarlos de forma completa (antes de que aparecieran las actuales baterías de litio).

El coche escandinavo Think City, uno de los turismos 100% eléctricos que ya se pueden comprar en España, cuenta con acumuladores de sodio y cloruro de níquel  (Na-NiCl2) fabricados por la empresa MesDea en Suiza. Estas baterías también conocidas como ZEBRA (del Zeolite Battery Research Africa Project) funcionan a temperaturas de 200-250 grados y suponen un gran avance en capacidad. Son muy interesantes. Aun así, como explica el director de I+D de la empresa vasca Cegasa, Igor Cantero, su pega es también importante: un 10% de la batería se emplea en mantener alta la temperatura incluso con el coche apagado, lo que puede provocar que se descargue sola, ocasionando problemas.

Bateria de Litio de Nissan Los acumuladores de energía sobre los que hay más expectativas puestas hoy en día son los mismos que los de los móviles, los de litio ion. El litio es el elemento sólido más ligero de la tabla periódica y este tipo de baterías pueden almacenar ya unos 150 Wh por cada kilo de peso. Y, aún así, esto significa que una batería de 30 kWh para un auto enchufable pesará unos 200 kilos. “Son las que mejor cumplen los requisitos del coche eléctrico”, destaca Cantero, cuya empresa Cegasa está trabajando ya en prototipos de baterías de litio ion para vehículos eléctricos con vista a su producción a gran escala a partir del año 2012. Sin duda, uno de sus mayores inconvenientes es el precio: 500 euros por kWh. Esto significa que la misma batería de antes de 30 kWh costará 15.000 euros. La industria espera que la producción a gran escala de estos acumuladores reduzca su precio a 200-250 euros el kWh en 2020.

En cuanto a su impacto ambiental, como detalla este químico, lo que se utiliza no es litio metálico sino sales de litio, “que no tienen problemas de toxicidad”. Sí puede haberlo con el óxido de cobalto empleado como material catódico, pero se está sustituyendo ya por fosfato de litio y hierro (LiFePO4) u óxido de manganeso litiado (LiMn2O4) para evitar su gran inestabilidad.

El director de I+D calcula que se necesita una cantidad aproximada de unos 13 kilos de sales de litio por cada coche eléctrico. ¿De dónde van a salir? Para responder a esta pregunta hay que ir de nuevo al salar de Atacama (Chile), o al salar del Hombre Muerto (Argentina), o al lago salado de Xitai (China)… De acuerdo a los últimos datos del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), en 2008 se produjeron unas 25.400 toneladas de litio en el mundo, cifra que en 2009 descendió a unas 18.000 toneladas por la crisis económica. Los principales productores fueron Chile (41%), Australia (24%), Argentina (12%) y China (12%). No obstante, también se extrae en Portugal, Canadá, Zimbabwe o Brasil. Además, en los últimos años muchos países y empresas han empezado a moverse rápidamente en búsqueda de reservas que explotar. Se han encontrado importantes yacimientos en México y, sobre todo, en Bolivia. En el inmenso salar de Uyuni, en el departamento de Potosí, la Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) ha estimado que existen unos 100 millones de toneladas de litio disueltos en la salmuera bajo tierra, lo que supondría, de lejos, las mayores reservas del planeta.

La industrialización del salar de Uyuni está considerado uno de los proyectos estratégicos del presidente boliviano Evo Morales y, este mes de abril las máquinas reanudaron las perforaciones de varios pozos de hasta 300 metros de profundidad para determinar las regiones con mayor concentración de litio de cara a su pronta explotación. ¿Será Bolivia la futura Arabia Saudí del litio?

Algunas voces críticas con el coche eléctrico advierten que el mundo se va quitar de encima la dependencia del petróleo para serlo ahora del litio. Sin embargo, esto no tiene por qué ser así gracias justamente a su reciclaje. “Con la gasolina ocurre que una vez que la gastas en el depósito del coche ya no la puedes recuperar, pero una de las cosas que se plantea desde el principio con el vehículo eléctrico es el reciclaje de los compuestos de litio de las baterías en desuso para fabricar otras nuevas”, comenta Cantero, que no cree que el suministro vaya a suponer ningún problema.

Este tipo de baterías tienen mucho que mejorar aún. En los últimos años, se están abriendo numerosas líneas de investigación y se puede avanzar mucho con la nanotecnología y nuevos materiales. Además, todavía se puede optimizar mucho el proceso de producción. “Nosotros somos fabricantes de pilas y sabemos que existe un gran margen”, incide el director de I+D de Cegasa, que cree que se puede aumentar la densidad de las baterías de litio a 200 Wh/kg, lo que reduciría su tamaño para obtener la misma energía. “El motor de combustión lleva 100 años optimizándose, pero esto acaba de empezar”, subraya.

En lo que respecta al tiempo de recarga, este químico considera que no existen ya complicaciones técnicas para recargas lentas de 4-6 horas como quieren las compañías eléctricas, ni tampoco para rápidas de 30 minutos a una hora como piden los fabricantes de coches. Lo que resulta ya más delicado son las descargas ultrarrápidas de 10 ó 12 minutos, por el sobrecalentamiento de los acumuladores. “Esto se podrá hacer pero sólo para situaciones de emergencia”.

La idea es que una misma batería sirva para toda la vida útil de un coche. En el caso de las baterías de litio ion, estas permiten unas 2.200-2.500 recargas profundas, lo que supone unos diez años de uso. Aunque en realidad, una batería que llegue a este punto mantendrá todavía un 80% de capacidad de acumulación de energía. Cargar en un coche con un 20% de peso inútil de una batería de 200 kilos no tiene sentido. Pero esa batería seguiría siendo muy útil para otras aplicaciones en las que no haya que moverla, antes de enviarla a reciclar.

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Uno de los grandes desafíos para impulsar el desarrollo del coche eléctrico es la autonomía de las baterías.Para superar esta barrera, IBM, a través de su Laboratorio de Investigación en Almadén (California), está liderando desde finales de 2009 un proyecto de investigación, en colaboración abierta con diversas universidades y otras entidades de investigación. El proyecto consiste en desarrollar una batería para automóviles con tecnología Lithium/Air (la que ofrece mayor densidad de almacenamiento comparada con otras tecnologías utilizadas en baterías) comercialmente viable y capaz de asegurar una autonomía de 800 kilómetros por carga. Estas baterias acumularian en 10 celdas de Litio/Aire la energia de 10 x 50 = 500 Watt-Hours.con un peso de 300 gramos. La investigación de IBM se centra, fundamentalmente, en la aplicación de su liderazgo en la fabricación de semiconductores a escala nanométrica para conseguir el aumento de la densidad de almacenamiento necesario. Se estima que será necesario un periodo de investigación básica en laboratorios de unos 3 años y que, si el programa logra sus objetivos, marcaría el horizonte donde las aplicaciones comerciales podrían empezar a desarrollarse. Os invito a tener mas información en el siguiente link http://www.almaden.ibm.com/st/smarter_planet/battery/http://www.almaden.ibm.com/st/smarter_planet/battery/

Así que el coche eléctrico está en manos de Evo Morales. Vamos, que de momento aguanto con el de gasolina por si acaso...

El elemento sólido más ligero. Tienes razón Moonsorrow. Gracias por el aviso.

Es una "gilipollez" pero un poco más de cuidado con estas cosas:

"El litio es el elemento más ligero de la tabla periódica"

¿Y qué pasa con el hidrógeno y el helio?

El debate sobre el coche electrico suena como al del tren y el motor de explosion. Al final, ya se sabe quién ganó. Los detractores usan argumentos que contradicen sus propios prejuicios, es decir, no asumen que el coche eléctrico es un nicho de oportunidad para, por ejemplo, aprovechar toda la energía eólica que ahora es inutilizable. O para mejorar la calidad de vida de las ciudades. La mayoría de los trayectos hoy día son de menos de 20 km, para eso es más eficiente la bici, pero vale un coche eléctrico incluso de baterías de plomo.
En todo caso, lo necesario es hacer una sociedad independiente del coche privado. O nos iremos todos a la porra (eso sí, en 4x4)

El artículo me parece interesante, aunque dudo de que el desarrollo de nuevas baterías sea tan rápido y espectacular como para que puedan ser la fuente de almacenamiento de energía en la mayoría de vehículos en un futuro próximo. Sobre lo que no tengo ningún tipo de duda es acerca de la duración de las baterías de Ión-litio actuales: eso de que sólo van a perder un 20% de su capacidad al cabo de 10 años no se lo cree nadie que haya utilizado una en un ordenador portátil o un teléfono móvil. No soy experto en este tema, pero me parece que las prestaciones actuales están muy, pero que muy lejos de esa marca. Copio literalmente de wikipedia:
"At a 100% charge level, a typical Li-ion laptop battery that is full most of the time at 25 °C or 77 °F will irreversibly lose approximately 20% capacity per year. However, a battery in a poorly ventilated laptop may be subject to prolonged exposure to higher temperatures, which will shorten its life. Different storage temperatures produce different loss results: 6% loss at 0 °C (32 °F), 20% at 25 °C (77 °F), and 35% at 40 °C (104 °F). When stored at 40%–60% charge level, the capacity loss is reduced to 2%, 4%, 15% at 0, 25 and 40 degrees Celsius respectively."

El coche eléctrico SI es HOY una alternativa perfectamente válida.
Es cierto que aún no tiene la autonomía de uno de gasolina pero todos sabemos que esa autonomía se requiere en escasisimas ocasiones y para esas ocasiones hay medios alternativos mucho mas eficientes.
Cargar continuamente con un coche de gasolina para usar sus capacidades en contadísimas ocasiones es absurdo.

Como ha dicho Sergio, el coche electrico solo responderá parcialmente a las espectativas que se estan creando, pero aún más importante según mi criterio, es que a la vez que se buscan alternativas, se promuevan formas no contaminantes (o menos contaminates) de transporte, como la bicicleta en ciudad, el transporte público de calidad o el trén para el transporte de mercancias. Hay que cambiar el modelo de dependencia del coche en la sociedad en la que vivimos!!

Querido Kise: No malinterprete mi comentario; me preocupa el cambio climático y la agresión al medio ambiente y me parece loable buscar maneras de reducir nuestras emisiones de CO2. La cuestión que pretendo plantear es diferente. Yo soy lo que se conoce como un "peakoiler", una persona que trata de alertar sobre la escasez de petróleo y de recursos naturales en general. En mi opinión, se abre un falso debate sobre qué alternativas debemos escoger cuando en realidad no podemos escoger ninguna. Piense una cosa: nuestro consumo de gas y petróleo equivale a una potencia media de entre 125 y 170 Gw (dependiendo del dispositivo que se utilice para hacer la conversión. Por comparación, la potencia media eléctrica consumida en España es de 30 Gw, y la de origen eólico (la media) roza los 8 Gw. Siendo muy optimistas podemos creer que elevaremos la potencia media eólica hasta los 20 Gw, pero eso sólo serviría para compensar los 10 Gw que provienen de quemar fuel y gas. Por tanto, pensar que podremos substituir nuestra dependencia de gas y de petróleo (por no hablar del carbón y del uranio) con energías renovables suena a utopía (la energía fotovoltaica tiene poca proyección por razones que ya analizaremos en otro momento). Así pues, mi pregunta cobra un cierto sentido: no es que me parezca mal cambiarnos a las renovables, es que las renovables nunca nos darán energía suficiente para mantener el sistema actual. Y no crea que yo apuesto por mantener el uso del petróleo y el gas: la llegada el Peak Oil está causando que desde 2005 España haya perdido un 15% de consumo de petróleo y la tendencia es a continuar en esta línea. Por tanto, no propongo consumir más petróleo porque de hecho consumiremos (y ya estamos consumiendo) cada vez menos.

La realidad, la cruda realidad, es que tendremos que vivir con mucha menos energía que ahora. Si tiene un rato, échele un vistazo a la presentación Power Point que encontrará al final de mi página web. Y sobre el tema de por que no hay un mix energético que de alternativas al petróleo le recomiendo "Searching for a miracle", de Richard Heinberg: http://www.postcarbon.org/new-site-files/Reports/Searching_for_a_Miracle_web10nov09.pdf

Saludos cordiales,

Antonio

En referencia al comentario de Antonio Turiel, expongo mi humilde opinión sin ser un gran experto en el tema.
En cuanto a la pregunta de donde va a salir la energía eléctrica para cargar las baterías, evidentemente y para cerrar el ciclo de un medio que evite emisiones de C02 debería salir de las energías renovables. Y si lo que usted quiere saber es como se debe implantar tal cantidad de energías renovables en este país como para dar respuesta a dicha demanda, mi respuesta es que con políticas de apoyo y subvención a la investigación, desarrollo y aplicación de estas fuentes. Y si la pregunta es con que dinero deben hacerse estas políticas, mi respuesta es que con el dinero de todos los ciudadanos europeos y españoles, ya que somos los que emitimos cantidades ingentes de CO2, cada vez que usamos el coche (combustión) de manera individual e indiscriminada, vagamos en manga corta por nuestras cálidas casas un mes de enero, por no citar temas de aire acondicionado y despilfarro de luz. Y si usted quiere saber por qué deberíamos hacer este esfuerzo económico, político y social, mi respuesta es porque la gente, o al menos algunos amamos nuestra madre naturaleza y nos gusta saborearla, olerla, sentirla y respirarla, sin ser las fauces carroñeras que la desgarran y acaban con su futuro.

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Como si mirásemos por el ocular de un microscopio, Ecolaboratorio es un blog ambiental que trata de ver más de cerca todo aquello que nos rodea. En este particular laboratorio se buscan respuestas a las cuestiones más enrevesadas que nos asaltan de forma cotidiana.

Sobre el autor

Clemente Álvarez

(Madrid, 1973) es un periodista especializado en medio ambiente y ciencia. Colaborador de El País desde 2004, le entusiasma mezclar elementos de la ecología con reactivos de la energía y la economía, aunque la fórmula pueda resultar inflamable.

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