Por qué las baterías impulsarán el futuro del transporte
10 de mayo de 2022
Es probable que en este momento tenga al menos dos baterías de iones de litio contigo, una en la muñeca y otra en el teléfono que carga en el bolsillo. Es posible que tenga varias más si tiene una llave de coche, un marcapasos o cualquier otro dispositivo electrónico.
Pero, ¿sabe cómo funcionan realmente esas baterías?
Para una tecnología en el corazón de la vida moderna, las baterías siguen siendo un misterio. Si bien los humanos han usado baterías durante cientos de años, es solo en la última década que la ciencia de las baterías ha avanzado lo suficiente como para hacer posibles los vehículos eléctricos de largo alcance como el vehículo eléctrico Volkswagen ID.4. Entre todas las alternativas, los investigadores sugieren que los vehículos a batería tienen hoy la promesa de reducir las emisiones de carbono de los vehículos personales lo suficiente como para ayudar a lograr avances significativos contra el cambio climático.
Las baterías dependen de la química básica para funcionar, fórmulas que fueron identificadas por primera vez por Alessandro Volta en 1799. Básicamente, cada celda de batería tiene dos electrodos, uno positivo (el cátodo), uno negativo (el ánodo) y una sustancia intermedia llamada electrolito. Cuando se conectan a un circuito eléctrico, los electrones se mueven del ánodo al cátodo a través del electrolito, mientras que los iones se mueven en la dirección opuesta, creando corriente eléctrica. En baterías recargables, el proceso se invierte.
No fue mucho después de la invención de las primeras baterías que la gente comenzó a experimentar con vehículos construidos a su alrededor. En los primeros años de la industria automotriz a principios del siglo XX, los vehículos EV estaban entre los más vendidos, gracias a su operación silenciosa, facilidad de conducción y bajas necesidades de mantenimiento en las ciudades recién pavimentadas. Solo cuando las carreteras mejoraron y los vehículos de gasolina se volvieron más asequibles terminó la primera era de los vehículos eléctricos, ayudada por la creciente prevalencia de estaciones de gasolina, la falta de opciones de carga para las baterías y el corto alcance de los primeros vehículos eléctricos.
El renacimiento moderno de los vehículos eléctricos fue posible gracias a las baterías de iones de litio, inventadas por primera vez en la década de 1970, y la propia historia eléctrica de Volkswagen muestra hasta qué punto han evolucionado las baterías para vehículos eléctricos. A principios de la década de 1970, Volkswagen construyó un puñado de camionetas Microbus convertidas a energía eléctrica , usando las baterías de plomo-ácido que encuentra hoy bajo el capó de los vehículos a gas. La bandeja de baterías en el piso proporcionaba 25 millas de alcance y agregaba 1,847 libras de peso. Hoy, el paquete de baterías de iones de litio del ID.4 contiene casi cuatro veces más energía (82 kWh) con un tercio del peso.
Y la batería está en el centro de por qué los expertos consideran que los vehículos eléctricos son una de las mejores opciones para los vehículos que combaten el cambio climático. Los vehículos con combustible líquido solo usan aproximadamente un tercio de la energía que contiene para mover el vehículo; el resto se escapa como calor y fricción, y genera dióxido de carbono cuando se quema. Un desperdicio similar ocurre con los combustibles alternativos, desde etanol hasta hidrógeno. Pero según la EPA, los vehículos electricos suelen convertir más del 75% por ciento de su energía en movimiento y, si se les carga con energía renovable, no tienen emisiones directas en uso.
La mayoría de los propietarios de vehículos eléctricos nunca verán las baterías que alimentan sus vehículos. En la plataforma del vehículo eléctrico Volkswagen MEB, las baterías están integradas en el piso, para una distribución óptima del peso. Las baterías para EV, como las del ID.4, no son una celda enorme. Es un paquete modular, donde las baterías planas individuales de “bolsa” se apilan 24 en un “módulo”, con hasta 12 módulos y luego se conectan en una sola unidad como los cuadrados de una barra de chocolate.
Hay múltiples razones para construir baterías para vehículos eléctricos de esta manera. Las células más pequeñas transportan más energía por libra. Puede ser fácil añadir o restar módulos de batería para ofrecer vehículos eléctricos con diferentes autonomías y precios. Y lo que es más importante, como cada batería individual se puede controlar a través del software, puede ser más fácil maximizar el flujo de energía y la vida útil de la batería, lo que ayuda a garantizar un suministro constante de energía a medida que las baterías se descargan.
Estos sistemas pueden almacenar y desplegar enormes cantidades de energía eléctrica. La batería típica de un teléfono celular funciona a 3.7 voltios; el paquete de baterías de la plataforma devehículos eléctricos MEB de Volkswagen funciona a una potencia de hasta 408 voltios. Esto ayuda a que el ID.4 EV proporcione suficiente energía a sus motores eléctricos y alimente todos los accesorios internos, incluida la calefacción y el aire acondicionado.
La energía de la batería de los vehículos viene con algunos inconvenientes. Los vehículos electricos simplemente no tienen tanta energía como un vehículo de combustible líquido y, por lo tanto, tienen rangos más cortos. Puede llevar horas recargar una batería grande con un suministro doméstico de 110 voltios, y aunque hay opciones de carga rápida, el uso diario de la carga de alta potencia puede degradar las células EV. Y las baterías para vehículos eléctricos son el componente más caro del vehículo.
El Grupo Volkswagen ha comenzado a abordar estas dificultades con QuantumScape, una nueva empresa dedicada a la innovación en materia de baterías, y el concepto de la batería de litio de estado sólido. Actualmente, la mayoría de las baterías de iones de litio utilizan un electrolito líquido o de gel. Un electrolito sólido permitiría, en teoría, crear una batería con más energía por kilo, a un coste menor y con tiempos de recarga rápidos en condiciones de uso normal. El Grupo Volkswagen ha invertido aproximadamente $300 millones con QuantumScape desde 2012 para investigar y desarrollar este tipo de baterías, con el objetivo de llevar la tecnología al mercado en los próximos años.
