La batería y la evolución del coche eléctrico

En los coches con motor térmico, la importancia tecnológica viene de la mano del propulsor y el depósito de combustible pasa por ser simplemente eso, un depósito. Sin embargo, en los coches con motor eléctrico sucede lo contrario; tanto la arquitectura como el funcionamiento de un motor eléctrico es muy sencillo y la mayor complejidad técnica recae sobre la batería.

Cuando en 1996 se inició la comercialización del Fiat Seicento Elettra se vendía como un utilitario ecológico capaz de alcanzar una velocidad máxima de cien kilómetros por hora. Tenía una autonomía aproximada de cien kilómetros y su batería tardaba en cargarse unas ocho horas. Por cierto, que debido al tamaño de la batería, este utilitario tenía sólo dos plazas y, debido al precio, su difusión comercial no fue un gran éxito.

Si volvemos al presente, un vehículo actual de concepto similar a este Fiat puede ser el Smart Fortwo Electric Drive. Este pequeño utilitario tiene una autonomía que en un uso real es más o menos similar a la del pequeño italiano y su periodo de carga es también más o menos similar, pero ojo, sólo si lo conectamos a un enchufe de la red básica de una vivienda. Los avances técnicos aplicados a la batería han permitido a la marca del grupo Daimler ofrecer la posibilidad de instalar cargadores específicos (WallBox) capaces de cargar el ochenta por cierto de la batería en poco más de cuarenta y cinco minutos.

Concepto básico de una batería

La batería simplemente acumula la electricidad que luego consumirá el motor eléctrico. Su finalidad es similar a la de un depósito de combustible pero su arquitectura y su funcionamiento no puede ser más complejo.

Sin querer entrar en profundidad en definiciones y/o procesos químicos, el funcionamiento de una batería se basa en la producción de electrones a partir de reacciones químicas controladas. Me imagino que muchos os acordaréis aún de la tabla periódica, del número de electrones en la última capa y de la estabilidad de los compuestos químicos formados tras una reacción. Pues en el caso de una batería, la reacción química que se produce en el interior favorece una transferencia de electrones desde el polo negativo al polo positivo.

Una batería puede estar compuesta por un número variable de celdas, pequeños receptáculos en los que los electrodos se sumergen en el electrolito.

  • Electrodo: conductor de corriente eléctrica que está en contacto con el electrolito y con el exterior de la celda. Puede ser de signo positivo (ánodo) o de signo negativo (cátodo).
  • Electrolito: cualquier sustancia que se puede descomponer por la acción de una corriente eléctrica (electrólisis).

Por poner un ejemplo muy simple, en una batería de plomo clásica, un electrodo está hecho de plomo puro (Pb), el otro de dióxido de plomo (PbO2) y el electrolito es el ácido sulfúrico (H2SO4) disuelto en agua (H2O).

El conjunto de estas celdas reciben el nombre de batería precisamente por la necesaria asociación de las celdas para producir energía eléctrica. Esta asociación puede ser en serie (polo negativo de una celda con el positivo de la celda siguiente) para obtener una mayor tensión eléctrica o en paralelo (todos los polos de mismo signo unidos entre sí) para obtener una mayor intensidad.

Batería de iones de litio

El Smart nombrado anteriormente tiene una batería de iones de litio. Esto quiere decir que esta batería sustituye el electrolito de ácido sulfúrico por otro que es una sal de litio, pero el principio químico que permite que acumule electricidad es el mismo.

En lo que se refiere en su aplicación al coche eléctrico, las batería de iones de litio tienen un menor peso y permiten un mayor número de ciclos de recarga antes de que se produzca una pérdida significativa de capacidad, lo que se conoce como degradación de la batería. Ahora mismo se estima que una batería de iones de litio puede conservar el ochenta por ciento de su capacidad incluso después de tres mil ciclos de recarga completa.

Inconvenientes prácticos del coche eléctrico

Dejando un poco de lado el precio y las escasas infraestructuras adaptadas existentes en nuestro país, el gran “problema” del coche eléctrico es su análisis práctico. Por ejemplo, un Volkswagen Golf 1.5 TSI es un compacto perfecto para hacer grandes viajes. Su depósito de combustible le permite hacer viajes de más de 800 kilómetros y no invertiremos más de cinco minutos en repostar su depósito

Si por el contrario estamos interesados en el nuevo Volkswagen e-Golf, debemos tener claro que su batería no nos permitirá realizar viajes de más de doscientos kilómetros y que llenar su batería nos obligará a tomar un café de aproximadamente cinco horas en una toma de 7’4 kilovatios.

Llegados a este punto, a más de uno le vendrá a la cabeza algún coche como el Tesla Model S 100D, con una autonomía homologada de 612 kilómetros, y los supercargadores de la marca.

En primer lugar reconozco que este Tesla es todo un cochazo pero su precio de 110.000 euros lo aleja un poco del bolsillo de gran parte de los españoles. Por otro lado, en circulación a 60 – 70 kilómetros por hora sí se puede llegar a la autonomía anunciada porque en viajes a 120 kilómetros por hora la autonomía real se queda en unos 450 kilómetros, que tampoco está nada mal.

Respecto a los supercargadores de la marca, aunque se prevé una gran expansión cuando se inicie la comercialización del Tesla Model 3, a día de hoy se centran principalmente en la costa mediterránea. De hecho en Castilla León hay dos (Burgos y Valladolid) y en comunidades como Cantabria, Asturias, Galicia o Madrid ni siquiera hay.

Estos supercagadores de hasta 120 kilovatios permiten cargar en 20 minutos la electricidad necesaria para hacer unos 300 kilómetros pero presentan un grave inconveniente: con la tecnología actual, estas cargas tan potentes acortan la vida de la batería.

Con esto quiero decir que con la tecnología e infraestructuras actuales, quién necesite hacer frecuentemente viajes largos debería fijarse en vehículos híbridos enchufables. Por ejemplo, el Volkswagen Golf GTE se puede usar en el día a día como un vehículo eléctrico con una batería que ofrece unos 40 kilómetros de autonomía y como un compacto de 110 kilovatios perfectamente válido para grandes viajes. Eso sí, siempre que viajemos ligeros de equipaje; mientras que el Volkswagen Golf con motor de gasolina tiene un maletero que ofrece 380 litros de capacidad, el del modelo híbrido se queda en unos discretos 272 litros (341 litros en el modelo totalmente eléctrico).

La batería del futuro

A nadie se le escapa que el futuro de la automoción pasa por la electrificación. Actualmente son muchas las marcas que apuestan por la microhibridación de sus motores, pero esto es sólo un paso intermedio entre el coche movido por combustible fósil y el coche eléctrico.

La gran apuesta del coche eléctrico requiere una optimización en el tamaño y en el funcionamiento de la batería. Por un lado es casi obligado ofrecer unos niveles de autonomía y unos tiempos de carga similares que puedan competir con los vehículos equipados con motor de explosión. Por otro lado, se hace también imperativo reducir el peso de una batería. Por ejemplo, un Renault Zoe pesa 1.545 kilos y un Renault Clio TCe 66 se queda en 1.082 kilos.

A corto plazo

En un periodo de cuatro o cinco años podremos ver ya vehículos eléctricos con una autonomía real de unos 600 kilómetros gracias a las mejoras técnicas aplicadas a la batería.

Coches como el Opel Ampera-e equipan una de las baterías más modernas que fabrican actualmente. Fabricada por LG Chem, la batería de este Opel está fabricada con una combinación de cobalto, litio, manganeso y níquel capaz de generar la electricidad suficiente para mover el coche durante unos 350 kilómetros en condiciones reales de utilización.

Este tipo de batería compuesta tiene una vida útil que duplica a las actuales de ion de litio aunque también es cierto que pesa aproximadamente un diez por cierto más que las actuales y que el coste de producirlas se incrementa más o menos en el mismo porcentaje.

Batería de electrolito sólido

Previstas para el año 2020, un electrolito sólido tiene más densidad que uno líquido y le permite a este tipo de batería almacenar más energía que, por ejemplo, una de sal de litio. Además minimiza la aparición de dendritas, estructuras repetitivas características de las primeras fases de crecimiento de los cristales y que pueden producir cortocircuitos dentro de la batería.

Estas dendritas, por su composición química, son cuerpos que pueden, o no, ser conductores de energía eléctrica. Por ejemplo, los cristales iónicos y los covalentes ofrecen mucha resistencia a la conducción de calor y/o electricidad y los cristales moleculares son totalmente aislantes al respecto. Estos tres tipos de cristales limitan la capacidad de carga de la batería, ya que en su formación se va destruyendo electrolito y, por tanto, se limita el proceso de electrólisis.

Existe un cuarto tipo de cristales,  lo metálicos, que se caracterizan por tener pocos electrones en las capas más externas y estar cargados positivamente. Esto quiere decir que en su formación va destruyendo electrolito y además, una vez formada la molécula, absorbe los electrones con carga negativa que se vayan almacenando. Esto se llama estabilidad química en la capa de valencia, lo que traducido quiere decir que todas las moléculas tienden a tener ocho electrones (estabilidad) en su última capa (capa de valencia).

Las ventajas de la batería de electrolito sólido es que se calienta mucho menos y es menos propensa a la degradación, lo que significa que es capaz de mantener su capacidad de almacenamiento durante muchos más procesos de carga.

El grafeno en la batería del futuro

Desde hace años que en los programas de investigación científica se da mil y una vueltas al grafeno, ese material compuesto por carbono puro dispuesto en un patrón hexagonal regular que parece ser que estará presente en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana siempre que se consiga bajar el precio actual de 300 dólares americanos por gramo, claro está. Eso sí, una vez que descienda el precio, es de esperar que el grafeno llegue también a la batería del coche eléctrico.

De acuerdo con lo experimentado en los primeros prototipos, una batería de grafeno tiene una densidad energética que quintuplica a las de las actuales baterías de litio, por su composición química el riesgo de explosión es casi nulo y en caso de cortocircuito sólo quedaría inoperativa la parte dañada.

Entre las ventajas de la batería de grafeno en relación con las actuales es su mayor capacidad, su menor peso a igualdad de volumen y su insuperable capacidad de carga (una batería de 100 kwh podría cargarse en menos de diez minutos).

Entre sus desventajas podemos destacar que no llegarían al mercado antes de diez o quince años y que la única empresa española dedicada a la investigación de las baterías de grafeno, y que era un referente mundial, ha sido recientemente acusada de estafa y está siendo investigada por la Comisión Nacional del Mercado de Valores.

Cuando yo era pequeño decían que en año 2000 los coches volarían y no llevarían conductor. Me gustaría retomar este artículo en el año 2030 y poder analizar en qué quedaron las previsiones actuales. Eso sí, algo me dice que la evolución de las baterías nos irá sorprendiendo año tras año.

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4 comentarios

  1.   Autolibre dijo

    Sin dudas los vehículos eléctricos son la solución para dejar de depender del combustible, y mejor aun si convertimos los vehículos de combustión actuales a un costo accesible. España hoy tiene la oportunidad de desarrollar medianas y pequeñas empresas de conversión. Esto mediante el proceso de convertir los vehículos actuales en eléctricos. Y eso es desarrollo local de I+D. Ya circulan 650 vehículos convertidos a eléctrico en América Latina y más de 250 solo en México. Con la ventaja de costar la mitad que un coche eléctrico de fabrica y con consumo eléctrico cinco veces menor que a gasolina. No se puede perder tiempo, esto ya tiene 20 años de aplicación en otros países. Organización Autolibre. autolibre.blogspot.com

  2.   Ernesto L dijo

    Me uno a las muchas personas que denuncian el comportamiento vergonzoso de un sujeto deshonesto: Jesualdo Domínguez-Alcahud Martín-Peña estafador, corrupto y extorsionador que es el promotor de las estafas que se han llevado a cabo desde la Comisión Nacional del Mercado de Valores (CNMV) de Madrid. Se ha hecho con mucho dinero mal habido proveniente de sobornos a empresas que no cumplen con las normas y les permite seguir operando sin ninguna advertencia o multa.

  3.   Alan dijo

    Aprovecho este lugar para denunciar al ladronzuelo de Jesualdo Domínguez Alcahud, que con su cargo en la CNMV se escuda de todos los cargos que tiene encima de corrupción y extorsión. Que este criminal no quede impune!!

  4.   Andy dijo

    Ese corrupto!! Jesualdo Domínguez lo que eres es un vil y vulgar ladronzuelo!!

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