Als cotxes amb motor tèrmic, la importància tecnològica ve de la mà del propulsor i el dipòsit de combustible passa per ser simplement això, un dipòsit. No obstant, als cotxes amb motor elèctric passa el contrari; tant l'arquitectura com el funcionament d'un motor elèctric és molt senzill i la complexitat tècnica més gran recau sobre la bateria.
Quan el 1996 es va iniciar la comercialització del Fiat Seicento Elettra es venia com un utilitari ecològic capaç d'assolir una velocitat màxima de cent quilòmetres per hora. Tenia una autonomia aproximada de cent quilòmetres i la seva bateria trigava a carregar-se unes vuit hores. Per cert, que a causa de la mida de la bateria, aquest utilitari només tenia dues places i, a causa del preu, la seva difusió comercial no va ser un gran èxit.
Si tornem al present, un vehicle actual de concepte similar a aquest Fiat pot ser el Smart Fortwo Electric Drive. Aquest petit utilitari té una autonomia que en un ús real és més o menys similar a la del petit italià i el seu període de càrrega també és més o menys similar, però compte, només si el connectem a un endoll de la xarxa bàsica d'un habitatge . Els avenços tècnics aplicats a la bateria han permès a la marca del grup Daimler oferir la possibilitat d'instal·lar carregadors específics (WallBox) capaços de carregar el vuitanta per cert de la bateria en poc més de quaranta-cinc minuts.
Concepte bàsic duna bateria
La bateria simplement acumula l'electricitat que després consumirà el motor elèctric. La seva finalitat és similar a la d'un dipòsit de combustible, però la seva arquitectura i funcionament no pot ser més complex.
Sense voler entrar en profunditat en definicions i/o processos químics, el funcionament duna bateria es basa en la producció d'electrons a partir de reaccions químiques controlades. M'imagino que molts us recordareu encara de la taula periòdica, del nombre d'electrons a l'última capa i de l'estabilitat dels compostos químics formats després d'una reacció. Doncs en el cas d'una bateria, la reacció química que es produeix a l'interior afavoreix una transferència d'electrons des del pol negatiu al pol positiu.
Una bateria pot estar composta per un nombre variable de cel·les, petits receptacles en què els elèctrodes se submergeixen a l'electròlit.
- elèctrode: conductor de corrent elèctric que està en contacte amb l'electròlit i amb l'exterior de la cel·la. Pot ser de signe positiu (ànode) o de signe negatiu (càtode).
- electròlit: qualsevol substància que es pot descompondre per l'acció d'un corrent elèctric (electròlisi).
Per posar un exemple molt simple, en una bateria de plom clàssica, un elèctrode està fet de plom pur (Pb), l'altre de diòxid de plom (PbO2) i l'electròlit és l'àcid sulfúric (H2SO4) dissolt en aigua (H2ON).
El conjunt d‟aquestes cel·les reben el nom de bateria precisament per la necessària associació de les cel·les per produir energia elèctrica. Aquesta associació pot ser en sèrie (pol negatiu d'una cel·la amb el positiu de la cel·la següent) per obtenir més tensió elèctrica o en paral·lel (tots els pols de mateix signe units entre si) per obtenir més intensitat.
Bateria de ions de litio
El Smart nomenat anteriorment té una bateria de ions de liti. Això vol dir que aquesta bateria substitueix l'electròlit d'àcid sulfúric per un altre que és una sal de liti, però el principi químic que permet que acumuli electricitat és el mateix.
Pel que fa a la seva aplicació al cotxe elèctric, les bateria d'ions de liti tenen un menor pes i permeten un major nombre de cicles de recàrrega abans que es produeixi una pèrdua significativa de capacitat, el que es coneix com a degradació de la bateria. Ara mateix sestima que una bateria de ions de liti pot conservar el vuitanta per cent de la seva capacitat fins i tot després de tres mil cicles de recàrrega completa.
Inconvenients pràctics del cotxe elèctric
Deixant una mica de banda el preu i les escasses infraestructures adaptades existents al nostre país, el gran “problema” del cotxe elèctric és la seva anàlisi pràctica. Per exemple, un Volkswagen Golf 1.5 TSI és un compacte perfecte per fer grans viatges. El seu dipòsit de combustible us permet fer viatges de més de 800 quilòmetres i no invertirem més de cinc minuts en repostar el vostre dipòsit
Si per contra estem interessats en el nou Volkswagen e-Golf, hem de tenir clar que la seva bateria no ens permetrà fer viatges de més de dos-cents quilòmetres i que omplir la bateria ens obligarà a prendre un cafè d'aproximadament cinc hores en una presa de 7'4 quilowatts.
Arribats a aquest punt, a més d'un li vindrà al capdavant algun cotxe com el Tesla Model S 100D, amb una autonomia homologada de 612 quilòmetres, i els supercarregadors de la marca.
En primer lloc reconec que aquest Tesla és tot un cop de cop però el seu preu de 110.000 euros l'allunya una mica de la butxaca de gran part dels espanyols. D'altra banda, en circulació a 60 – 70 quilòmetres per hora sí que es pot arribar a l'autonomia anunciada perquè en viatges a 120 quilòmetres per hora, l'autonomia real es queda en uns 450 quilòmetres, que tampoc està gens malament.
Pel que fa als supercarregadors de la marca, encara que es preveu una gran expansió quan s'iniciï la comercialització del Tesla Model 3, avui dia se centren principalment a la costa mediterrània. De fet a Castella Lleó n'hi ha dos (Burgos i Valladolid) i en comunitats com Cantàbria, Astúries, Galícia o Madrid ni tan sols n'hi ha.
Aquests supercagadors de fins a 120 quilowatts permeten carregar en 20 minuts l'electricitat necessària per fer uns 300 quilòmetres però presenten un greu inconvenient: amb la tecnologia actual, aquestes càrregues tan potents escurcen la vida de la bateria.
Amb això vull dir que amb la tecnologia i infraestructures actuals, qui necessiti fer freqüentment viatges llargs hauria de fixar-se en vehicles híbrids endollables. Per exemple, el Volkswagen Golf GTE es pot fer servir en el dia a dia com un vehicle elèctric amb una bateria que ofereix uns 40 quilòmetres d'autonomia i com un compacte de 110 quilowatts perfectament vàlid per a grans viatges. Això sí, sempre que viatgem lleugers d'equipatge; mentre que el Volkswagen Golf amb motor de gasolina té un maleter que ofereix 380 litres de capacitat, el del model híbrid es queda en uns discrets 272 litres (341 litres al model totalment elèctric).
La bateria del futur
A ningú no se li escapa que el futur de l'automoció passa per l'electrificació. Actualment són moltes les marques que aposten per la microhibridació dels seus motors, però això és només un pas intermedi entre el cotxe mogut per combustible fòssil i el cotxe elèctric.
La gran aposta del cotxe elèctric requereix una optimització en la mida i en el funcionament de la bateria. D'una banda, és gairebé obligat oferir uns nivells d'autonomia i uns temps de càrrega similars que puguin competir amb els vehicles equipats amb motor d'explosió. D'altra banda, també es fa imperatiu reduir el pes d'una bateria. Per exemple, un Renault Zoe pesa 1.545 quilos i un Renault Clio TCe 66 es queda a 1.082 quilos.
A curt termini
En un període de quatre o cinc anys podrem veure ja vehicles elèctrics amb una autonomia real d'uns 600 quilòmetres gràcies a les millores tècniques aplicades a la bateria.
Cotxes com el Opel Ampera-e equipen una de les bateries més modernes que fabriquen actualment. Fabricada per LG Chem, la bateria d'aquest Opel està fabricada amb una combinació de cobalt, liti, manganès i níquel capaç de generar prou electricitat per moure el cotxe durant uns 350 quilòmetres en condicions reals ús.
Aquest tipus de bateria composta té una vida útil que duplica a les actuals de ió de liti encara que també és cert que pesa aproximadament un deu per cert més que les actuals i que el cost de produir-les s'incrementa més o menys al mateix percentatge.
Bateria d'electròlit sòlid
Previstes per a l'any 2020, un electròlit sòlid té més densitat que un líquid i permet a aquest tipus de bateria emmagatzemar més energia que, per exemple, una de sal de liti. A més minimitza l'aparició de dendrites, estructures repetitives característiques de les primeres fases de creixement dels vidres i que poden produir curtcircuits dins de la bateria.
Aquestes dendrites, per la seva composició química, són cossos que poden ser conductors d'energia elèctrica o no. Per exemple, els vidres iònics i els covalents ofereixen molta resistència a la conducció de calor i/o electricitat i els vidres moleculars són totalment aïllants sobre això. Aquests tres tipus de vidres limiten la capacitat de càrrega de la bateria, ja que en la formació es va destruint electròlit i, per tant, es limita el procés d'electròlisi.
Hi ha un quart tipus de vidres, el que és metàl·lics, que es caracteritzen per tenir pocs electrons a les capes més externes i estar carregats positivament. Això vol dir que en la seva formació va destruint electròlit ia més, un cop formada la molècula, absorbeix els electrons amb càrrega negativa que es vagin emmagatzemant. Això s'anomena estabilitat química a la capa de valència, el que traduït vol dir que totes les molècules tendeixen a tenir vuit electrons (estabilitat) a la seva última capa (capa de valència).
Els avantatges de la bateria d'electròlit sòlid és que s'escalfa molt menys i és menys propensa a la degradació, el que significa que és capaç de mantenir la seva capacitat demmagatzematge durant molts més processos de càrrega.
El grafè a la bateria del futur
Des de fa anys que en els programes de recerca científica es fan mil i una voltes al grafè, aquest material compost per carboni pur disposat en un patró hexagonal regular que sembla que estarà present en tots els aspectes de la nostra vida quotidiana sempre que s'aconsegueixi abaixar el preu actual de 300 dòlars americans per gram, és clar. Això sí, una vegada que baixi el preu, cal esperar que el grafè arribi també a la bateria del cotxe elèctric.
D'acord amb allò experimentat en els primers prototips, una bateria de grafè té una densitat energètica que quintuplica les de les actuals bateries de liti, per la composició química el risc d'explosió és gairebé nul i en cas de curtcircuit només quedaria inoperativa la part danyada.
Entre els avantatges de la bateria de grafè en relació amb les actuals és la major capacitat, el menor pes a igualtat de volum i la seva insuperable capacitat de càrrega (una bateria de 100 kwh podria carregar-se en menys de deu minuts).
Entre els seus desavantatges podem destacar que no arribarien al mercat abans de deu o quinze anys i que l'única empresa espanyola dedicada a la investigació de les bateries de grafè, i que era un referent mundial, ha estat recentment acusada d'estafa i està investigada per la Comissió Nacional del Mercat de Valors.
Quan jo era petit deien que l'any 2000 els cotxes volarien i no portarien conductor. M'agradaria reprendre aquest article l'any 2030 i poder analitzar en què van quedar les previsions actuals. Això sí, em diu alguna cosa que l'evolució de les bateries ens anirà sorprenent any rere any.
Sens dubte els vehicles elèctrics són la solució per deixar de dependre del combustible, i encara millor si convertim els vehicles de combustió actuals a un cost accessible. Espanya té avui l'oportunitat de desenvolupar mitjanes i petites empreses de conversió. Això mitjançant el procés de convertir els vehicles actuals en elèctrics. I això és desenvolupament local de R+D. Ja circulen 650 vehicles convertits a elèctric a Amèrica Llatina i més de 250 només a Mèxic. Amb l'avantatge de costar la meitat que un cotxe elèctric de fabrica i amb consum elèctric cinc vegades més petit que a gasolina. No es pot perdre temps, això ja té 20 anys daplicació en altres països. Organització Autolliure. autollibre.blogspot.com