El largo camino de las baterías de litio a las orgánicas de grafeno

Aunque el rendimiento de los motores eléctricos es muy elevado, del orden del 95% frente al 30-35% de los mejores motores comerciales de gasolina, que son más pequeños, ligeros y económicos, la electromovilidad aún tiene mucho camino por recorrer. Y uno de los retos a superar en ese camino es eliminar la utilización de minerales preciosos o raros.

La clave del futuro del coche eléctrico está en las baterías. Un componente que a priori puede parecer externo a las marcas de coches, aunque cada vez son más las marcas que planifican y construyen sus propias fábricas de baterías ante el precio de las mismas, las necesidades logísticas y el volumen de producción requerido.

Pero la clave en última instancia es poder elegir la tecnología de baterías que se usarán. Ahora mismo no hay duda: las baterías de litio, de ion-litio y sus ligeras variantes, no tienen sustituto comercial a corto plazo. Pero nuevas tecnologías se abren camino y tienen buenas perspectivas de futuro, y dejan entrever una mejor optimización de su gestión, de la gestión de las temperaturas, que es esencial para su longevidad.

Sobre la mesa están factores como la capacidad energética, la disponibilidad de las materias primas, su precio, la seguridad de utilización… y no es lo mismo una batería para un coche eléctrico, que puede ser de hasta 800 voltios, que los sistemas microhíbridos de 48 voltios. Y tampoco hay que descuidar el debate sobre su reciclaje y los retos que entrañan a nivel medioambiental.

Andreas Hintennach, jefe de investigación de celdas de baterías del Grupo Daimler, ha hecho un repaso a las posibles alternativas, tanto a los materiales empleados en las baterías de litio como para otros tipos de batería.

"Las baterías de litio tienen una estructura celular similar: dos láminas de metal, tipo cobre o aluminio, entre las cueles están el cátodo y el ánodo y un metal reactivo, como el litio. El cátodo es el elemento más costoso ya que es una mezcla de níquel, manganeso y cobalto, mientras que el ánodo está hecho de polvo de grafito y litio", explica.

En el futuro, el primer paso será "reemplazar el grafito por silicio. Eso nos permitirá aumentar la capacidad de la batería en un 20% o 25%, y también la velocidad de carga".

Un segundo paso será reemplazar el cobalto por materiales que no creen tanta controversia desde el punto de vista de la violación de derechos humados para su obtención. "Ya se está haciendo algo al respecto. En las actuales celdas ya se ha reducido la presencia de cobalto en el cátodo de un 33% al 20% y se está trabajando en cátodos con menos del 10% de cobalto, y aún menos".

El sueño es prescindir del cobalto, no por cuestiones de precio ni de dificultad de obtención, sino también para facilitar el reciclado. Se trabaja con el manganeso, un material que ya se recicla masivamente en la actualidad porque se emplea en las baterías alcalinas, pero hay que conseguir que pueda recargarse.

Pero Hinntenach defiende también las baterías de litio-azufre, "porque el azufre es un desecho industrial, económico y fácilmente reciclable, pero debe mejorar su capacidad energética, aunque hay un gran potencial, y el ciclo de vida".

Un segundo paso serían las baterías de magnesio/azufre, sin litio, "pero todavía están en fase de laboratorio".

Por supuesto todos han oído hablar de las excelencias de las baterías de estado sólido, "que tienen un ciclo de vida muy largo, que no tienen cobalto, níquel o manganeso. Pero por contra tienen menos densidad energética, lo que implicaría baterías más grandes y de carga más lenta. Pueden ser interesantes para autobuses, por ejemplo, pero de momento no para turismos" y recalca la gran seguridad de las mismas.

Para Hintennach no parece que vaya a haber una tecnología única que se imponga como sustitución de las baterías actuales. Hay varias alternativas que podrán coexistir, cada una con pros y contras, y que serán usadas en función del tipo de vehículo o de su uso.

Y hay muchos campos en los que se trabaja. Desde reemplazar el recubrimiento de grafito del ánodo por 'papel de litio/metal' o polvo de silicio. Y para adelante las llamadas de aire/litio, cuyo funcionamiento es similar al de la pila de combustible.

El siguiente paso son las baterías orgánicas de grafeno, de las que Mercedes ha revelado su existencia a través del concept Vision AVTR, el último concept de la marca, pesando para la película Avatar 2 que se estrenará el próximo año.

Estas baterías recurren a "una química orgánica basada en el grafeno, sin elementos extraños, caros o raros, sin metales, totalmente reciclable. Tienen una gran densidad de energía y ofrece grandes posibilidades de carga rápida".

Se trata de algo diferente a las baterías de grafeno que comienzan a publicitarse para los smartphones, ya que estas son baterías de litio en las que el ánodo ha sido recubierto de una película de grafeno para ofrecer baterías que tendrán una mayor densidad energética, una mayor velocidad de recarga y una vida útil muy superior a las de litio.

Recordemos algunos datos del AVTR. Tiene 470 caballos gracias a sus cuatro motores eléctricos. El pack de baterías de grafeno es de 110 kilovatios hora, capaces de ofrecerle una autonomía de 700 kilómetros, pero sobre todo de efectuar una recarga completa en sólo 15 minutos.

Pero habrá que esperar para disponer de ellas, quizás 15 o 20 años… aunque tratándose de automoción y de las cada vez mayores exigencias medioambientales, quizás se puedan acortar los tiempos.