Tipos de baterías de vehículos eléctricos
No habríamos dado ese título hace 10 o 15 años, porque los autos híbridos o eléctricos producidos en masa no existían en ese momento. Podríamos contar los vehículos eléctricos con los dedos. La mayoría de los principales fabricantes de automóviles ahora tienen docenas de híbridos, híbridos enchufables y autos totalmente eléctricos para elegir.
La gente ya no te mira como un hippie raro cuando dices “híbrido” o “coche eléctrico”. Sin embargo, lo que también se conoce como la causa principal de la ansiedad por el alcance en dichos vehículos es que los vehículos están parcial o totalmente electrificados por baterías a bordo. Es por eso que decidimos proporcionar algunas descripciones completas para cada tipo de batería automotriz disponible actualmente.
Los dos vehículos eléctricos más vendidos en el mundo son el Nissan Leaf, con más de medio millón de unidades vendidas hasta el momento, seguido del Tesla Model S con más de 300.000 ventas hasta el momento.Coincidencia o no, tanto el Leaf como el Model S son de litio. Los vehículos de iones de litio (Li-ion). ) funcionan con baterías, por lo que comenzaremos con ellas.
Baterías de iones de litio (Li-ion)
Originalmente utilizadas principalmente para alimentar los productos electrónicos de consumo existentes, las baterías de iones de litio han evolucionado continuamente durante la última década y se utilizan en casi todos los automóviles híbridos o totalmente eléctricos actuales y futuros.
No todas las baterías de iones de litio son iguales, con diferencias fundamentales en sus aplicaciones. La mayoría de los teléfonos, como teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras portátiles, se basan en óxido de litio y cobalto (LiCoO2), lo que les otorga una densidad de energía mucho mayor, pero también tiene algunas desventajas. Los cátodos de LiCoO2 son más susceptibles a la fuga térmica, que entra en juego durante la sobrecarga o el funcionamiento a alta temperatura. En otras palabras, pueden explotar inmediatamente si se utilizan de forma incorrecta, lo que probablemente sea una de las principales razones por las que las baterías de iones de litio de óxido de cobalto y litio no se utilizan mucho en los automóviles.
Utilizan baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), óxido de manganeso de litio (LMO) y óxido de cobalto y manganeso de litio y níquel (NMC) para aplicaciones que requieren más energía, como herramientas eléctricas, equipos médicos y, sobre todo, automóviles. Todos estos tienen una densidad de energía ligeramente más baja que el LiCoO2, pero también tienen una mejor seguridad integrada y una vida útil más larga.
La mayoría de los autos híbridos y eléctricos modernos usan baterías de iones de litio NMC, pero eso no significa que el ion de litio sea la opción correcta para los fabricantes de automóviles en general.
Ventajas
Las mayores ventajas de los iones de litio son una mejor relación energía-peso, una carga rápida y prácticamente ningún efecto de memoria.
Más densidad de energía significa que pesan menos. Obviamente, esta característica los hace más adecuados para el uso en automóviles, ya que un peso más bajo mejora la autonomía y el rendimiento, al mismo tiempo que brinda a los automóviles un mejor manejo en las curvas.
La carga rápida es deseable con cualquier tipo de batería, pero no crea que el ion-litio es diferente de otros tipos de batería; en la vida real, estas pequeñas diferencias no significan que su automóvil se cargará mucho más rápido.
En cuanto al efecto memoria, las baterías de iones de litio parecen ser las menos afectadas por el problema. En resumen, algunos tipos de baterías reducen gradualmente su capacidad máxima de energía con cada ciclo de carga. Esto suele ocurrir cuando se recargan repetidamente después de haberse descargado solo parcialmente. Las baterías a base de níquel son las que más sufren el llamado efecto memoria, donde las baterías “recuerdan” con el tiempo que tienen menos capacidad energética. De hecho, esta es la razón por la que las baterías de los teléfonos móviles se agotan con el tiempo.
Desventajas
En general, la mayor desventaja de las baterías de iones de litio es el costo de fabricación, que es mucho más alto que otros tipos de baterías. En comparación con las baterías a base de níquel, por ejemplo, son aproximadamente un 40 por ciento más caras de fabricar, un precio que a menudo recae en los compradores de automóviles. Tenga en cuenta, sin embargo, que los costos de fabricación de todos los tipos de baterías disminuyen gradualmente con el tiempo.
Aunque las baterías de iones de litio se autodescargan a un ritmo mucho menor que otras, están sujetas al envejecimiento, especialmente si no se almacenan en las condiciones adecuadas. En resumen, además de experimentar una ligera caída de voltaje con cada ciclo de carga, la cantidad de energía que pueden contener disminuye con el tiempo. En uso automotriz, su ciclo de vida actual es de unos diez años, pero ninguno ha sido probado durante tanto tiempo. Algunas baterías de iones de litio mostraron una disminución en la capacidad de energía incluso después de un año.
En resumen, las baterías de iones de litio son el tipo con menos inconvenientes en comparación con la mayoría de sus competidores, pero todavía están lejos de ser la solución perfecta.
Baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-MH)
Aunque las baterías de iones de litio están comenzando a superarlas en número, Ni-MH, el tipo más antiguo de batería pseudomoderna, todavía se usa en algunos híbridos actuales.
Las baterías de hidruro metálico de níquel, que son mucho más baratas de fabricar que las de iones de litio, también tienen algunos altibajos. Esto podría suponer un punto de atracción para muchos, dependiendo de lo que busquen en su vehículo híbrido o eléctrico.
A diferencia de las baterías de iones de litio, las baterías de NiMH necesitan hidrógeno, níquel y titanio o un metal similar para almacenar energía. Esto significa que hay un costo de fabricación mucho más bajo en comparación con los iones de litio, pero a medida que más fabricantes de automóviles cambien a iones de litio (como Tesla y Gigafactory), esta enorme discrepancia de precios disminuirá.
Ventajas
Con mucho, la mayor ventaja de las baterías de NiMH es su durabilidad. Los tipos de batería más modernos requieren una precisión particular para que duren más, pero NiMH seguirá funcionando a largo plazo si se cuida adecuadamente.
Estrechamente relacionado con su durabilidad está la falta de precauciones adicionales necesarias cuando finalmente se reciclan, ya que contienen solo una pequeña cantidad de toxinas leves en comparación con otras baterías. Además, el alto contenido de níquel que contienen hace que su reciclaje sea rentable.
Desventajas
La principal barrera con NiMH son sus bajas densidades de energía, que son aproximadamente un 40 por ciento más bajas que las de iones de litio. Hacerlos mucho más grandes y pesados resuelve parcialmente este problema, pero agregar peso crea otro problema.
En los coches híbridos, híbridos enchufables y eléctricos, las baterías cambian mucho las condiciones durante la conducción, y aquí es donde se ponen de manifiesto algunas de las limitaciones de las baterías de NiMH. Si se cargan rápidamente y luego se descargan con una carga alta, tienden a generar mucho calor, por lo que se requiere un sistema de enfriamiento separado que agrega más peso.
Otros tipos de batería
Hay muchos tipos de baterías que ahora se usan mucho en aplicaciones automotrices, pero hasta ahora ninguna ha surgido como verdaderamente revolucionaria desde todas las perspectivas.
Dióxido de cobalto, fosfato de hierro (FePo) y fosfato de litio-hierro (LiFePO4), litio-aire (Li-Air), polímero de litio (LiPo), níquel-cobalto-manganeso (NCM), níquel-cobalto-aluminio (NCA), y la espinela de óxido de manganeso (MnO) son solo algunos de los tipos de baterías que podrían verse en un automóvil eléctrico o híbrido cerca de usted en el futuro.
Las baterías de dióxido de cobalto han estado en el mercado durante más de una década y alimentan dispositivos pequeños como teléfonos celulares, juguetes o computadoras portátiles. Sus dos inconvenientes principales, especialmente en aplicaciones más grandes, son la fuga térmica y los costos de producción, pero en general, sobresalen en lo que respecta a la densidad de energía.
Una de las baterías más estables y económicas es la de fosfato de hierro, pero funcionan con un voltaje más bajo, por lo que necesitará muchas para alimentar un automóvil eléctrico grande.
Las baterías LiPo son en realidad otra forma de baterías de iones de litio, aunque su nombre no lo deja claro. La principal diferencia radica en el hecho de que los polímeros de iones de litio están diseñados en un “formato de bolsa” que tiene sus propias ventajas y desventajas. Es por ello que recientemente se ha comenzado a utilizar en automóviles.
Las baterías NCM y NCA todavía están lejos de ser lo suficientemente rentables para su uso en automóviles, sin mencionar que ambas son algo susceptibles a la fuga térmica.
Una de las nuevas tecnologías de baterías más interesantes es la de litio-aire (LiAir), que utiliza la oxidación del litio en el ánodo y la reducción del oxígeno en el cátodo para desencadenar un flujo de corriente. Sus dos principales ventajas son que es de 5 a 15 veces superior a las baterías de iones de litio existentes, con una gran densidad energética casi similar a la gasolina.
De cualquier manera, todavía estamos a unos años de estos tipos alternativos de baterías que llenan al menos un pequeño porcentaje de nuestros autos híbridos, enchufables y eléctricos. La buena noticia es que están llegando, y la ansiedad por el alcance pronto será cosa del pasado. Actualizaremos esta guía tan pronto como haya más tecnologías de batería disponibles.