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En este artículo repasaremos los diferentes tipos de baterías para los vehículos eléctricos.

La propulsión eléctrica en el automóvil compitió con la térmica (gasolina entonces) en sus inicios, la escasa autonomía y excesivo tiempo de recarga de las baterías decantó la balanza hacia el motor de gasolina, pues la infraestructura de repostaje era necesario crearla en ambas.

Las sucesivas crisis del petróleo hicieron retomar la viabilidad de electricidad como fuente de energía para el automóvil, pero al solucionarse las crisis se dejaba la electricidad retomando el motor térmico, que estaba ya consolidado, contaba con estructuras de producción y repostaje … y si había combustible a precio asumible era más viable y económico.

Cuando la razón de sustituir el petróleo ha llegado a ser urgente para proteger el medio ambiente se ha dado impulso definitivo al coche eléctrico, y otras posibles soluciones como la pila de combustible de hidrógeno, entre otras intermedias transitorias.

Para tener una idea en este momento (principios de 2020) de las aportaciones de las baterías que pueden mover al coche eléctrico, vamos a comparar algunas que ya se conocen y aplican o se han aplicado.

Este artículo expone de forma sencilla las características de las baterías de propulsión comparándolas para su aplicación en el automóvil.

Como esta tecnología está en continua evolución iremos poniendo este artículo al día según salgan baterías más eficientes y se monten en algún automóvil comercializado.

Entre los objetivos uno es que un mismo conjunto de baterías dure con eficiencia y fiabilidad toda la vida media útil prevista de un coche.

Batería de plomo – ácido

Es la utilizada para el arranque del vehículo y alimentación de los elementos eléctricos.

A pesar de que este material puede ser altamente contaminante, hoy en día está bien controlado y se recicla un 95%.

El inconveniente de emplear estas baterías para mover coches eléctricos es que al intentar meter mucha más energía para disponer de aceptables prestaciones y autonomía crecen demasiado, volviéndose excesivamente pesadas y voluminosas.

Las tradicionales de plomo – ácido, incluso con tecnología AGM (para sistemas como alternador inteligente, “stop & start”, …) no son válidas por el peso y volumen necesarios para disponer de suficientes cualidades dinámicas de propulsión y autonomía.

Resumen:

  • Mucho peso
  • Demasiado espacio
  • Autonomía en función del tamaño y peso
  • Elevado tiempo de recarga en enchufe doméstico, variable según la potencia de las baterías (w.h)
  • Se utilizó en los inicios de la propulsión eléctrica, pero se ha desestimado para este fin

Batería de sodio y cloruro de níquel (Na – NiCl)

Estas baterías también son conocidas como ZEBRA (del Zeolite Battery Research Africa Project). Funcionan a temperaturas de 200ºC a 300ºC y suponen un gran avance en capacidad, son muy interesantes.

Al tener que estar las baterías a elevada temperatura más o menos un 10% de la energía que contienen se emplea en mantenerla, incluso con el coche apagado, lo que puede provocar que se descarguen demasiado reduciendo su capacidad de mover el automóvil, que puede ser nula según el tiempo que esté en coche sin utilizarse.

Por capacidad estas baterías son válidas para el automóvil, pero la auto descarga para mantener su temperatura las hace más adecuadas para usos industriales.

Resumen:

  • Trabajan a unos 250ºC y consumen parte de su energía para mantener esta temperatura
  • Tecnología de cierta complejidad
  • Necesita espacio y peso para ser efectiva en un coche eléctrico
  • Tiempo de recarga en enchufe doméstico medio, variable según la potencia de las baterías (w.h)
  • Duración en el automóvil buena, pero su auto consumo en parado le resta cualidades

Batería de níquel – Cadmio (Ni – Cd) y Níquel – hidruro metálico (Ni – MH)

La tecnología que se ha empleado para todo tipo de aplicaciones industriales ha sido la de níquel – cadmio (Ni – Cd).

Pero el cadmio es un metal pesado muy tóxico por lo que este tipo de baterías han sido desplazadas por las de níquel – hidruro metálico (Ni – MH), que son las que llevan generalmente los híbridos auto recargables.

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 sin otro sistema de propulsión, exigirían demasiado volumen y peso.

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). Se ha avanzado bastante en este aspecto y la evolución continua.

Las de níquel – hidruro metálico son adecuadas para propulsión híbrida no enchufable, pero para el coche eléctrico serían grandes y pesadas.

Resumen níquel – cadmio:

  • Buen rendimiento a bajas temperaturas
  • Efecto memoria
  • Toxicidad del cadmio
  • No adecuadas para el automóvil eléctrico

Resumen níquel – hidruro metálico:

  • Más capacidad y autonomía que las de níquel – cadmio y menor efecto memoria
  • Sensible a altas temperaturas, pueden necesitar refrigeración
  • Fuertes descargas y cargas afecta a su fiabilidad y duración
  • Tiempo de recarga en enchufe doméstico entre medio y alto, variable según la potencia de las baterías (w.h)
  • Actualmente las utilizan los automóviles híbridos no enchufables

Batería de litio – ión

Son las baterías sobre las que hay más expectativas puestas hoy en día, son las mismas que las de los móviles.

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 coche “enchufable” pesará unos 200 kilos.

Son las que mejor cumplen los requisitos del coche eléctrico con vista a su producción a gran escala, de momento.

Sin duda, uno de sus mayores inconvenientes es el precio.

La industria espera que la producción a gran escala de estos acumuladores reduzca su precio sensiblemente.

Este tipo de baterías tiene 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.

Se puede reducir sensiblemente el tiempo de recarga con potentes cargadores, pero si se abusa de cargas rápidas se puede comprometer la fiabilidad de las baterías.

Resumen:

  • Prácticamente sin efecto memoria
  • Buena autonomía y tiempo de recarga medio en enchufe doméstico, variable según la potencia disponible (w.h)
  • Componentes costosos, sin demasiadas existencias y muy localizados
  • Actualmente el mejor rendimiento para el automóvil eléctrico, híbrido enchufable y complementa a la pila de combustible de hidrógeno

Comparación de los tipos de baterías de propulsión

Se representa en la imagen resaltando los aspectos energéticos de las baterías de este artículo enfocadas a la propulsión del automóvil eléctrico.

A continuación se indican enlaces con información de automóviles que equipan cada una de estas baterías.

Plomo – ácido

Sodio y cloruro de níquel

Níquel – hidruro metálico

Litio – ión

Diferentes baterías

Hay unos detalles que permiten cuidar más a las baterías de propulsión y en general ayudar a su conservación:

  • Acelerar con progresividad para no generar descargas fuertes en poco tiempo
  • El uso urbano con aceleraciones (suaves) y retenciones (se recargan las baterías) frecuentes mantiene más la carga media aumentando la autonomía
  • Seleccionar el modo de conducción ecológico o económico favorece la duración de las baterías
  • Es mejor evitar utilizar habitualmente cargas rápidas de las baterías

Para que sea realmente eficiente la propulsión eléctrica del automóvil la electricidad generada para su recarga ha de ser obtenida por medios limpios, de no ser así se desplaza la contaminación de los automóviles circulando a las centrales de producción.

La I + D + i de baterías del coche eléctrico está en ebullición, se esperan nuevas soluciones que combinen lo imprescindible; prestaciones (ya las ofrecen), autonomía, tiempo de recarga, duración, fiabilidad y soluciones medioambientales tras su vida en el automóvil y después si tiene otro uso.

Estas son algunas de las que aparecen en las noticias de nuevas tecnologías de baterías.

Al ser un tema que se modifica día a día, para tener más información localizarla en Internet utilizando la identificación de la batería de interés, en cada una de las que se indican a continuación se incluye un enlace.

Aluminio – aire

Estado sólido

Ion – litio con cátodo LiFeP04

Polímero de litio

Zinc – aire

Nanotubos de carbono

Polímeros de grafeno

Por las informaciones disponibles y las deducciones a las que se llega, parece que la tecnología del futuro es la pila de combustible de hidrógeno, que llegará (ya hay algunos coches) y se consolidará cuando sea posible, la tecnología no es su freno.

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