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La Evolución de las Baterías

Durante años hemos utilizado baterías. Primero las de carbón-zinc y alcalinas, las que se agotan y luego se desechan; luego arribaron las primeras baterías recargables de plomo-ácido de larga duración ampliamente difundidas en los automotores convencionales. A inicios de la década de los 90, empezó a imponerse el formato ion-litio que viabilizó la construcción de baterías ligeras y recargables, resolviendo así el desafío de la portabilidad de artículos como cámaras, computadoras, teléfonos celulares, etc. Hoy en día, gracias al uso de nuevos elementos, nuevas combinaciones químicas, y nuevas técnicas de manufactura, las baterías alcanzan desempeños, hasta hace poco, inimaginables.

Veamos. Toda batería cuenta de tres partes fundamentales, un ánodo (el lado negativo donde se produce la oxidación durante el ciclo de descarga), un cátodo (el lado positivo, del que fluye la corriente que sale hacia el circuito) y un electrolito (conductor eléctrico). Los elementos que se utilicen para esas funciones varían y pueden ser construidos de modos distintos, mas tal confluencia entre material y construcción influirá directamente en el rendimiento de la batería. Ahora bien, la batería ideal de un vehículo eléctrico debería caracterizarse por alta densidad energética (la que en materia automotriz, repercute directamente en la autonomía); alta densidad de potencia; un elevado número de ciclos de carga y descarga (que expandan su vida útil), poseer costos manejables para garantizar la producción en masa, y finalmente debe ser segura, es decir, en la medida de las posibilidades, responder pasivamente a incrementos de temperaturas, golpes, cortocircuitos, etc.

De esta forma, cuando en 1991 Sony Corporation empezó la comercialización de las baterías de Ion-Litio dentro sus aparatos personales, la tecnología llamó la atención de la industria automotriz, que desde los años 60 ensayaba sin mucho éxito con métodos como níquel-cadmio que inhibían la construcción de un automóvil eléctrico ligero, y con una batería recargable que garantice razonabilidad económica para la transportación. Las ventajas de la batería de Ion-Litio es que acumulan una buena cantidad de energía en un volumen relativamente pequeño. Su recarga es posible invirtiendo al electrodo positivo en ánodo, y al electrodo negativo en cátodo. Así en 2008, Tesla Motors, la compañía dirigida por Elon Musk, arrancó con la comercialización del primer modelo en serie que incorporaba batería de iones de litio, el Roadster. Esta versión fue la primera totalmente eléctrica con capacidades de carretera, ya que alcanzaba una autonomía de 320 km por carga. Es por ello que con justicia debe considerarse a la tecnología de Ion-Litio como la madre de los automóviles eléctricos modernos.

Sin embargo, el desarrollo no ha estado libre de tropiezos. El litio un elemento altamente reactivo, inflamable y ligeramente explosivo frente al aire o el agua, los que también lo oxidan en plazos muy breves. No se encuentra libre en la naturaleza, por lo que debe ser cuidadosamente refinado. Estas características pueden afectar a la batería si ella no es manejada adecuadamente, tal cual ocurre, por ejemplo, con nuestros teléfonos celulares, la sobrecarga, la sobredescarga, la elevación excesiva de la temperatura, el aplastamiento y la penetración de objetos extraños pueden provocar una falla desastrosa para las baterías de litio, incluida la ruptura del contenedor, la fuga de electrólitos o el incendiarse.

Por estas razones de seguridad, pero también por la eficiencia se ha experimentado con otras combinaciones electroquímicas. Así, para muchos, aquella que cumple mejor los objetivos de la transportación eléctrica es Litio-níquel, manganeso, cobalto (NMC), ya que esta batería es superior en densidad energética, lo que repercute en mayor autonomía, y ha sido desde 2011 el formato estándar de las casas fabricantes europeas y asiáticas. Hasta la fecha BMW, Audi, Renault, Volkswagen, Hyundai, Roewe, entre otras firmas, propulsan sus modelos eléctricos con baterías de este tipo. De hecho, el Nissan Leaf, el vehículo eléctrico más vendido del mundo, opera con baterías NMC.

La más llamativa excepción es la americana Tesla, que adoptó una estrategia de disminución progresiva en el valor de sus modelos, al tiempo que acogió sistemas de baterías cada vez más sofisticados. En ese sentido, empezó a utilizar la mejor batería disponible desde la perspectiva de ciclos de carga y descarga, níquel-cobalto-aluminio, con la que Musk prometió romper la barrera de los 1.6 millones de kilómetros. Aquí no obstante las dificultades surgieron a raíz de la escasez de las existencias mundiales de cobalto y su consecuente alto precio. Mucho más, la mayor parte del cobalto proviene de la República Democrática del Congo, donde se han formulado numerosas impugnaciones de violencia y trabajo infantil para su producción. De ahí que Tesla recientemente haiga desistido del formato, y otras compañías importantes como CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, también haya empezado a favorecer nuevas tecnologías, siendo la más destacada litio-hierro-fosfato (LFP). Los electrolitos polímero-plásticos y ferrosos, han logrado baterías de Litio sorprendentes, de mayor capacidad en menor espacio, de excelente reversibilidad (facilidad de cargarse y descargarse miles de veces), y elevada seguridad frente a temperaturas extremas, etc. Con ello, CATL se prepara para lanzar su “batería infinita” para autos eléctricos que promete rebasar los 2 millones de km o 16 años de vida.

En todo caso, es evidente que detrás de las estrategias empresariales no sólo contemplan consideraciones de tipo técnico, sino sobre todo económicas. En el actual mercado de los commodities es difícil competir en costo con el Litio. Sus prestaciones probadas y aplicación masiva para electrificar bienes de consumo portátiles y automóviles eléctricos ha significado que el precio de las baterías caiga en un 87% entre 2010 y 2019, con un promedio ponderado por volumen de 156 USD/kWh. De todos modos, en términos generales se espera un descenso aún más brusco en los costos de almacenamiento de energía en la nueva década, que caerán entre 66% y 80%, con un precio que podría caer bajo los 100 USD/kWh. Paralelamente el mercado de las baterías crecerá hasta 426 USD mil millones en todo el mundo. En el trayecto, los ecosistemas económicos que rodean a la movilidad eléctrica madurarán y serán capaces de acoger una nueva era de electricidad a batería, y los efectos se sentirán en toda la sociedad.

Parecería que, por estas razones, las baterías de Litio continuarán desplazando otros tipos de baterías en el futuro cercano, pero la historia aún continúa. La aparición del Enfant terrible de la electro-transportación, Trevor Milton, CEO de Nikola Motor Company, es muestra de ello. Nikola ha anunciado el perfeccionamiento de una batería eléctrica libre de níquel, aluminio, magnesio y el cobalto, aparentemente basada en litio-azufre, que se ha anunciado multiplicará por dos la densidad de las baterías más avanzadas conocidas, sin perjudicar el peso o el tamaño, y que será probada en sus camiones de impresionante diseño, que se comercializaran a partir de 2021. Entonces, ¿constituirá el azufre el gran parteaguas hacia el próximo capítulo de la electromovildiad? Sólo el tiempo lo dirá.

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