El profesor Dr. Andreas Hintennach, director de investigación de celdas de batería en Daimler, ha dado a conocer sus opiniones sobre tecnología de baterías. Materiales, producción, eficiencia, gestión térmica, seguridad… su opinión aclara ideas y desmonta mitos sobre las emisiones de los vehículos que funcionan con baterías.
Hablamos de baterías como, quizás, el componente más crítico de un vehículo eléctrico. Y asociamos su sostenibilidad a todo el proceso, desde la extracción de las materias primas hasta el final de su vida útil. Nos referimos a tecnologías, materias primas, producción, eficiencia, segunda vida, reciclado, contaminación… Muchos aspectos que engloban la vida de una batería.
Pero también hablamos de desarrollo e investigación de otras tecnologías para el futuro, a corto o medio plazo. Y de emisiones. En esa línea, el Dr. Hintennach explica cómo es el presente y qué se desarrolla, de cara al futuro, en tecnologías de baterías para Mercedes-Benz. Además, nos ayuda a desmotar mitos sobre emisiones de un VE.
Hintennach explica que ellos se ocupan de todas las etapas de la batería: “desde la investigación fundamental hasta la madurez de la producción”. Y, entre ellos, aquéllos en los que aún hay capacidad de mejora. Como ejemplos, el sistema de gestión de la batería o el de gestión térmica -responsable tanto de la vida útil como del rendimiento.
Considera que las baterías de iones de litio seguirán marcando el camino durante un tiempo. Sin embargo, no abandonan otras alternativas que avancen en temas como densidad de energía y tiempo de carga, así como en sostenibilidad. En esa última línea, los acuerdos de Daimler con empresas energéticas para utilizar energías renovables en la producción.
Sostenibilidad, desarrollo y reciclado
La sostenibilidad es fundamental en cualquier actividad de la marca. Y puesto que un vehículo requiere numerosas materias primas, Daimler busca soluciones para minimizar la necesidad de recursos naturales. Asimismo, soluciones para que todos los componentes formen parte de un contexto de economía circular, teniendo en cuenta desde el principio el reciclado.
Emisiones de los vehículos que funcionan con baterías
Para Hintennach, la evolución de los últimos 133 años de los motores de combustión es una ventaja. El desarrollo de las baterías y la pila de combustible es reciente y requiere mayor energía para su producción. Sin embargo, explica, los vehículos que funcionan con baterías son mucho más eficientes en cuanto a funcionamiento, lo que compensa a largo plazo. Y eso sin tener en cuenta las continuas mejoras en la producción o el reciclado.
“Incluso si no los cargamos con electricidad con una huella neutra en CO₂, los vehículos que funcionan con baterías generan alrededor de un 40 % menos de emisiones durante su ciclo de vida que los vehículos con motores de gasolina, y un 30 % menos que los vehículos que funcionan con diésel”.
En cuanto al reciclado, opina que en ocho o diez años habrá un número significativo de baterías de vehículos disponibles para reciclar. En particular, entonces, se reciclarán cobalto, níquel, cobre y, más tarde, también el silicio.
Materiales de la batería
La tecnología de iones de litio tiene una estructura similar, sin importar dispositivo. Hay dos láminas de metal que separan los polos con el ánodo y el cátodo, entre los que tiene lugar la reacción eléctrica. Para dicha reacción se requiere un metal reactivo como el litio. El mayor factor de coste está en el cátodo, el polo positivo, que se compone de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto. El ánodo, por su parte, está hecho de polvo de grafito, litio, electrolitos y un separador.
Explica el profesor que el silicio reemplazará en gran medida al polvo de grafito en el futuro. Esto permitirá aumentar la densidad de energía de las baterías en aproximadamente un 20 o un 25%. Y, además, el silicio ayudará a mejorar la velocidad de carga.
También investigan la sustitución del cobalto. De momento, se ha conseguido reducir en la composición del material activo desde un tercio a menos de un 20%. Y en laboratorio se está trabajando con proporciones inferiores a un 10%. Los beneficios, más allá de los problemas de extracción en las minas, suponen un mejor reciclado y una menor cantidad de energía para la producción química.
Las investigaciones sobre materiales que pueden sustituir a los materiales actuales son numerosas, explica. Tal es el caso del manganeso, menos problemático que el cobalto y más fácil de trabajar. También más sencillo de reciclar, porque existen plantas desde hace tiempo dedicadas al reciclado de pilas alcalinas. Hintennach espera que la tecnología esté en el mercado en la segunda mitad de la década.
Otra alternativa es la batería de litio/azufre:
“El azufre es un producto de desecho industrial casi sin coste, muy puro y puede reciclarse fácilmente. Presenta desafíos significativos con respecto a la densidad de energía, pero también tiene un eco-equilibrio inigualable”.
En cuanto al litio, la batería de magnesio-azufre no lo lleva. “Estamos familiarizados con el magnesio de nuestra vida cotidiana en forma de tiza. La gran ventaja es que está disponible libremente”. Pero queda mucha investigación en esa línea.
Otras tecnologías
Hinntennach también habla de la batería de estado sólido, que van a utilizar en el autobús urbano eCitaro de Mercedes en la segunda parte de la década. Su ciclo de vida es muy largo, no contiene materiales problemáticos, pero su energía es menor, lo que hace que sea más grande y más lenta de cargar.
Se están desarrollando otras tecnologías, pero su uso no será inmediato:
“Cada tecnología tiene sus pros y contras específicos. La buena noticia es que existen múltiples caminos que reducen el riesgo de un posible callejón sin salida en el desarrollo”.
Las baterías de litio/azufre son otra posibilidad. El azufre sustituye al níquel y al cobalto y tiene mucho potencial energético, aunque su vida útil es menor, al menos de momento. Como ocurre con las baterías de litio-aire, que por ahora no son una realidad.
Mercedes explora la tecnología de baterías orgánica que incorpora su vehículo de investigación, el VISION AVTR. Y supone una revolución, no sólo porque no usa materiales raros, sino porque su posibilidad de reciclaje es del 100%. Además, su densidad energética es muy alta, así como su capacidad de carga rápida. Hintennach afirma que se necesitarán años para su desarrollo, pero que “el potencial está ahí”.
