La revolución de la energía: Tecnologías de baterías y carga para la transición a los vehículos eléctricos

¿Estamos al borde de una revolución del poder? 

En este artículo, analizaremos cuatro nuevas tecnologías de baterías y de carga que podrían acelerar la transición hacia la adopción masiva de los vehículos eléctricos y reducir la dependencia de la movilidad eléctrica de los combustibles fósiles perjudiciales. Pero antes, echemos un vistazo a los actuales cuellos de botella y obstáculos para la industria de los vehículos eléctricos.

Los dos principales cuellos de botella para la adopción masiva de la industria de los vehículos eléctricos son la fabricación de celdas de baterías para mantener el ritmo de la demanda mundial y el despliegue exitoso de estaciones de carga públicas viables para mantener los vehículos en movimiento. Los consumidores prefieren esperar a que la tecnología madure antes de comprar, y los fabricantes no suelen invertir en tecnología hasta que ven la demanda de los consumidores. Esto se conoce como el problema del huevo y la gallina, y está ocurriendo en el mundo de los vehículos eléctricos.

Según Graham Anderson, experto en industria y materias primas:


"Si queremos acercarnos a nuestros objetivos de emisiones y maximizar el desarrollo de los vehículos eléctricos, necesitamos una inversión significativa tanto en la capacidad de fabricación como en las cadenas de suministro de materias primas, y la necesitaremos pronto". 

En general, el voltaje y la densidad de las baterías están mejorando con el tiempo, lo que ayuda a nuestro problema del huevo y la gallina, pero algunos científicos y empresas de investigación esperan un gran avance que abra los cuellos de botella de los vehículos eléctricos y permita una rápida adopción masiva. ¿Es esto posible? ¿Qué nos depara el futuro de las baterías y la tecnología de recarga y cómo podemos aliviar estos cuellos de botella antes de que se produzca un gran avance?

     1. Cargadores ultrarrápidos

Cargador Heliox Rapid 150kW en el depósito de FirstBus en Glasgow.


En esencia, hay tres tipos de velocidades de carga:

  • Cargadores lentos o nocturnos: 3 kWh - 7 kWh (utilizados principalmente en casa)
  • Cargadores rápidos: 7 kWh - 22 kWH (se utilizan principalmente en locales comerciales y aparcamientos, etc.)
  • Cargadores ultrarrápidos: de 50 kWh a 300 - 350 kWh+ (utilizados principalmente para la carga rápida de vehículos eléctricos y vehículos comerciales de mayor tamaño)


¿Por qué es tan importante la velocidad de carga? Pues bien, se trata de los cuellos de botella. La velocidad de carga, que a su vez hace más cómoda la recarga y también reduce significativamente la ansiedad por la autonomía, se citan como factores principales que dificultan la adopción generalizada del VE. Según Mer Energy:

"Para un vehículo eléctrico típico con una batería de 62kWh, y una autonomía de 200-240 millas, una carga de 15 minutos en un punto de carga de 150 kilovatios proporcionaría una autonomía de 120-145 millas".

Teniendo en cuenta que la mayoría de los conductores de vehículos eléctricos que se desplazan necesitan parar para comer, descansar y estirar las piernas, 15 minutos son más que aceptables para la mayoría de la gente. La realidad de la recarga sobre la marcha ahora mismo no es de velocidades que permitan este tipo de giro. Pero eso está cambiando rápidamente.

    2. Cargadores de vehículo a red (V2G)


Así que la tecnología "vehicle-to-grid" ya está aquí, pero desde luego no es lo primero en la lista de la mayoría de los consumidores o empresas. Los cargadores, en la mayoría de los casos, son demasiado voluminosos y caros. Pero esto está cambiando. Los precios están bajando, así como el tamaño de las unidades, y los clientes preguntan cada vez más por cargadores preparados para el futuro. 

¿Qué es exactamente el V2G? Estos cargadores permiten que los vehículos eléctricos sean mucho más que simples dispositivos de transporte. Esta tecnología permite que las baterías de los vehículos eléctricos almacenen energía y la devuelvan a la red eléctrica cuando sea necesario. Por ejemplo, cuando la demanda en la red es alta o cuando hay cortes de energía debido a condiciones meteorológicas adversas o a problemas o actualizaciones de la infraestructura. Según Virta Global:

"En todo el mundo habrá entre 140 y 240 millones de vehículos eléctricos en 2030. Esto significa que tendremos al menos 140 millones de pequeños almacenamientos de energía sobre ruedas con una capacidad de almacenamiento agregada de 7 TWh".


Esta tecnología de equilibrado de la red se convertirá en omnipresente en los cargadores del futuro y los consumidores y las empresas esperarán que sea estándar en un futuro no muy lejano. 


    3. Cargadores móviles y tecnología de intercambio de baterías


Cargadores móviles Heliox



Una tecnología potencialmente disruptiva es la del intercambio de baterías. Entras con el coche y, en apenas tres minutos, se te añade automáticamente una batería nueva completamente cargada y la vieja se saca y empieza a recargarse mientras te marchas. Parece ideal. 

Entonces, ¿por qué no ha despegado todavía y será el futuro de la recarga? Algunos fabricantes de vehículos eléctricos, como Nio en China, parecen pensar que sí, pero hay obstáculos. Según Jeremy Michalek, 


"Dado que las baterías son tan caras, voluminosas y requieren muchos recursos, la creación de vastas redes de paquetes intercambiables -que deben almacenarse, cargarse y mantenerse- supondría un despilfarro de dinero y recursos, además de aumentar la huella de carbono. Muchas de las baterías sobrantes acabarían almacenadas, a la espera de los clientes. En última instancia, los clientes absorberían estos costes exorbitantes. Viendo el enigma, los defensores del intercambio han empezado a pregonar la posibilidad de que las baterías almacenadas devuelvan energía a la red". 


Dado que la fabricación de baterías es un gran obstáculo, el mundo no puede permitirse el lujo de que los valiosos paquetes de baterías estén por ahí sin usar y listos para funcionar. 


Los cargadores móviles no son ciertamente nuevos, pero su uso y demanda están creciendo a medida que la curva de adopción de los vehículos eléctricos se mueve hacia arriba y hacia la derecha. Con la carga móvil, no hay necesidad de cambios estructurales, ni de grandes desembolsos financieros, ni de problemas para las flotas de vehículos eléctricos que necesitan cargas rápidas en carretera, que es una de las primeras aplicaciones de los paquetes de carga móvil.


   4. Tecnología de las baterías: estado sólido y azufre de litio


¿Y qué hay de los paquetes de baterías que se cargan en segundos, duran días y pueden empezar a cargarse en el aire sin necesidad de cables? Suena idílico. Pues puede que no esté tan lejos. Según la Gaceta de Harvard:

"Las baterías de larga duración y carga rápida son esenciales para la expansión del mercado de los vehículos eléctricos, pero las actuales de iones de litio se quedan cortas: son demasiado pesadas, demasiado caras y tardan demasiado en cargarse."


La batería de litio-metal se considera el santo grial de la química de baterías por su gran capacidad y densidad energética. Esta tecnología de baterías podría aumentar la vida útil de los vehículos eléctricos hasta la de los coches de gasolina -de 10 a 15 años- sin necesidad de sustituir la batería. 

Las baterías de litio-azufre también podrían superar a las de iones de litio. Se dice que la nueva tecnología de baterías tiene un menor impacto ambiental que las de iones de litio y menores costes de fabricación, al tiempo que ofrece la posibilidad de alimentar un vehículo durante 1.000 km (620 millas), o un teléfono inteligente durante 5 días.

En lugar de utilizar el costoso cobalto, que es vulnerable a las frágiles cadenas de suministro mundiales, utilizan azufre, que es una materia prima barata disponible como subproducto de la industria petrolera. Y sus costes por unidad de energía pueden ofrecer un ahorro sustancial. Sin embargo, este tipo de tecnología presenta algunos problemas. El principal es que las actuales baterías de litio-azufre (Li-S) no se pueden recargar suficientes veces antes de que fallen para que sean comercialmente viables. Todo está en la química interna: la carga de una batería de Li-S provoca una acumulación de depósitos químicos que degradan la célula y acortan su vida útil.

Otro posible avance procede del NIMS (Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales) de Japón, que está desarrollando una batería de litio-aire. Su prototipo tiene una densidad energética de más de 500 Wh/kg. En comparación, las baterías de iones de litio de los vehículos Tesla tienen una densidad energética de 260 Wh/kg. Este tipo de tecnología podría utilizarse incluso en el avance de los aviones eléctricos. Según NIMS:


"Las baterías de litio-aire tienen el potencial de ser las baterías recargables definitivas: son ligeras y de gran capacidad, con densidades energéticas teóricas varias veces superiores a las de las baterías de iones de litio actualmente disponibles".


Otras tecnologías incluyen la captura de energía del WiFi, el sonido, la naturaleza e incluso el sudor. El sudor, por ejemplo, podría utilizarse para alimentar los wearables cuando se hace ejercicio. Así que las posibilidades de la tecnología de carga de baterías son infinitas. Lo principal para los consumidores y las empresas es que sean seguras, baratas, fiables y omnipresentes. No es tarea fácil. Pero las mentes más brillantes están en ello.

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