Por qué la energía de las baterías impulsará 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 se basan en 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 las baterías recargables, el proceso se invierte.
It wasn’t long after the invention of the early batteries that people began experimenting with vehicles built around them. In the early years of the auto industry at the turn of the 20th century, EVs were among the best-sellers, thanks to their quiet operation, ease of driving and low maintenance needs around newly paved cities. Only when roads improved and gas vehicles became more affordable did the first EV era end, aided by the increasing prevalence of gasoline stations, the lack of charging options for batteries, and the short range of early EVs.
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 se encuentra en el corazón 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 de combustible líquido solo emplean alrededor de un tercio de la energía que contienen para mover el vehículo , el resto se escapa en forma de calor y fricción, y genera dióxido de carbono cuando se quema. Un desperdicio similar ocurre con los combustibles alternativos, desde el etanol hasta el hidrógeno. Pero según la EPA, los vehículos eléctricos suelen convertir más del 75% de su energía en movimiento y, si se cargan con energía renovable, tienen cero 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.
Battery power for vehicles comes with some drawbacks. EVs simply don’t hold as much energy as a liquid-fuel vehicle and therefore have shorter ranges. It can take hours to recharge a large battery pack with a home 110-volt supply, and although there are fast charging options, everyday use of high-power charging can degrade EV cells. And EV batteries are the most expensive component in the vehicle.
Volkswagen El Grupo comenzó a abordar estos desafíos con la compañía emergente de innovación en baterías QuantumScape y el concepto de batería de litio de estado estable. Hoy en día, la mayoría de las baterías de iones de litio emplean un electrolito líquido o en gel. Un electrolito estable podría, en teoría, crear una batería que contenga más energía por libra, a un costo menor, con tiempos de recarga rápidos en uso normal. Volkswagen El grupo invirtió aproximadamente 300 millones de dólares 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.
