¿Cómo funcionan las baterías de los autos eléctricos y por qué aún se busca el elemento definitivo para su construcción?

Ahora, cuando se habla de vehículos electrificados hay tres claras opciones: el híbrido autorecargable, que usa una batería que se recarga con el mismo movimiento del vehículo; el híbrido enchufable, que cuenta con un cargador externo para recargar la batería; y el full eléctrico, que no usa combustible fósil como los anteriores y depende de su batería enchufable.

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En estas tres variantes la batería juega un papel importante, y más aun en el full eléctrico que constituye el 35% del precio del vehículo, cuyo costo suele estar alrededor de los 100 mil dólares, aunque se pueden encontrar vehículos de 30 mil o 40 mil dólares, como ya se ha mencionado en anteriores informes.

A pesar de esa diferencia de precios, los autos electrificados son una alternativa amigable con el medio ambiente. Tal es así que la Unión Europea plantea el 2035 como fecha límite para comercializar autos a combustible. Entonces, cómo funciona esta tecnología y por qué son tan caras las baterías.

La batería: ayer y hoy

Una batería se define como un reservorio de energía. Funciona en celulares, computadoras, relojes o radios. Es decir, son útiles en todo, incluso para los automóviles. “En el caso de los vehículos normales, durante más de un siglo hemos usado una batería pequeña de 12 voltios (V), y en los camiones se podía usar a 24 voltios, poniendo en serie dos baterías. Ahora, si tú quieres mover un auto obviamente, vas a necesitar una batería de mayor capacidad”, indicó Carlos Munares, profesor principal de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI).

Estas baterías en los automóviles tradicionales están compuestas por ácido sulfúrico y plomo, explicó el catedrático a El Comercio, y el vehículo cuenta con un alternador, un sistema que mantiene cargada permanentemente la batería o que compensa el uso de energía.

¿Y en qué se utiliza esta energía? Para encender el vehículo, mantener prendidas las luces, el aire acondicionado, la radio, etc.

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Hoy en día, con el desarrollo de la electromovilidad, esta batería ha evolucionado y mantiene en movimiento bicicletas, motos, automóviles, camiones, y muchos vehículos más, hasta sustituir el uso de combustible. En un auto eléctrico todo cambia, y la batería se vuelve un elemento clave como sistema de propulsión.

“Esta estructura es una construcción en sándwich compuesta por una cubierta superior y un soporte inferior. Entre ambas hay un bastidor tubular de múltiples secciones que aloja la batería, mientras los componentes de refrigeración se ubican fuera, unidos a la parte inferior mediante un adhesivo”, explica Gonzalo Flechelle, gerente de Porsche Perú.

Cuenta con una carcasa que sirve para alojar componentes de la electrónica y la refrigeración. Esta disposición ofrece una gran cantidad de espacio para las celdas, que también son elementos importantes y están integradas por en un ánodo, un cátodo, un separador y un electrolito. Es decir, se pueden entender como pilas que están contenidas en la batería.

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Por otro lado, el profesor Munares indicó a este Diario que para mover un vehículo eléctrico o híbrido se necesita una batería de unos 200 voltios, y “para llegar a 200 voltios, tú tienes que tener muchas celdas. Ese es el secreto”. Esto hace que las baterías sean voluminosas. Lo que se ha convertido en una lucha para los fabricantes, pues se busca tener menos peso para ganar otras ventajas, como la autonomía.

La importancia de la autonomía

De la capacidad para almacenar energía eléctrica en la batería se desprende otra idea importante: la autonomía, que significa cuántos kilómetros se puede andar con una carga de batería completa.

“En un vehículo eléctrico, digamos normal, el más barato que se puede encontrar en el mercado, te puede dar 250 kilómetros, a lo más. Y eso sería útil para el uso en ciudad, donde tú vas a tu oficina. Pero para un taxista no le serviría”, indicó el docente de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UNI.

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En cambio, con los vehículos de alta gama esto cambia y pueden llegar hasta los 600 kilómetros de autonomía. Por ejemplo, el Taycan Porsche Turbo S es un vehículo eléctrico de US$210 mil y ofrece una autonomía de 512 kilómetros, según la WLTP (un estándar global de contaminantes).

Es así que en los vehículos eléctricos, Fletchell nos comentó que “la autonomía dependerá de la capacidad de la batería y la tecnología que usen para distribuir la energía eléctrica de la batería”. Aunque también hay un punto débil. En esta carrera por expandir los autos eléctricos, las baterías juegan un papel importante, pero su precio es alto y demoran mucho en ser recargadas.

Además…

Algunas claves en la recarga

Hay dos tipos de fuente de corriente eléctrica: Corriente Continua (CC) y Corriente Alterna (CA). En el primer caso, la corriente carga directamente la batería sin necesidad de conversión, y un potenciador en el cargador del auto hace posible una tensión de 800V. En el segundo caso, como la batería almacena energía en forma de CC, la CA de 240V/400 V debe ser convertida en CC de 800 V. Esto lo hace el cargador del vehículo. Por otro lado, el Inversor de pulsos convierte la CC de la batería en CA cuando impulsa los motores eléctricos. Es decir, desde la batería se almacena, convierte y distribuye la energía eléctrica.

El futuro de las baterías

Los fabricantes tienen una carrera por lograr baterías menos pesadas y más eficientes, que ofrezcan mayor autonomía y sean más rápidas en su recarga. De lo contrario, seguirá siendo solo una alternativa a los vehículos convencionales. Y en este camino el material de las baterías es otra vital.

Como ya había señalado el profesor Munares, las viejas baterías estaban compuestas por ácido sulfúrico y plomo, pero con el paso del tiempo esto cambió. “Se comenzó con el Níquel, como te digo, luego también se utilizó el Cadmio. Complementariamente se utiliza el Hierro, el Cobalto, algunos metales que son un poco tóxicos”, explicó. Además, en la actualidad también se hacen pruebas con Sodio.

Pero, sin duda el elemento que más ha ayudado a mover los vehículos eléctricos es el Litio, que funciona como un sistema de acumulación de energía eléctrica y también de descarga para echar a andar un motor. Y es que si el vehículo tiene mucho peso, va a gastar mucha energía y la autonomía va a ser cada vez menor. Por eso el Litio, que es un metal liviano, ha permitido obtener baterías con poco peso y con alta capacidad. Lo malo es que es un elemento costoso.

“Lo último que yo he escuchado es el Ion de Litio Polímero, o sea, ya están metiendo sustancias que no son metálicas, los polímeros, cómo decir..., es un plástico que obviamente va a mejorar el tema del peso. O sea, va a ser una batería más liviana y lo interesante es que tenga más capacidad: en lugar de que puedas recorrer 200 o 300 kilómetros, puedes recorrer 500 km”, explica el docente universitario.

Por su cuenta, Fletchell nos comentó que efectivamente el Litio es un elemento importante, pero desde la marca Porsche se sostiene que “la celda de la batería es la cámara de combustión del futuro”. Y es que la marca alemana también está trabajando por el desarrollo y la fabricación de celdas de batería de alto rendimiento.

“Esta composición es la próxima evolución, o quizá revolución, en las baterías de iones de litio, ya que gracias a la mayor densidad energética del silicio, permite tener baterías más ligeras, coches con mayor autonomía y recargas más rápidas”, detalló el gerente de la empresa automotriz.

Es así que el futuro se vuelve prometedor. Con el avance de las baterías, se podría asegurar tener un transporte menos contaminante. Los vehículos ya no emitirían gases de efecto invernadero.