Del litio a los minerales impensados: cómo cambiarán los autos y las baterías en los próximos años

Quienes estamos vinculados de una u otra manera a la electromovilidad recibimos semanalmente, o incluso a diario notificaciones, mensajes, links vinculados con la aparición de nuevas y sorprendentes maneras de almacenar energía que prometen revolucionar el transporte a nivel global.

Sin duda se trata de contenidos muy atractivos, que en algunos casos acercan avances concretos y cercanos al mercado, logros de laboratorio bastante más distantes de la producción en serie en otros, y simplemente una búsqueda del clic la mayor parte del tiempo.

Las incógnitas que surgen entonces son las siguientes: ¿cuáles son las tecnologías de baterías que hoy marcan la actualidad de la electromovilidad? ¿Cuáles son las que se asoman en el horizonte y tienen una chance real de impacto? ¿Podemos esperar una continuidad en el largo plazo de las tendencias actuales o cambios realmente disruptivos en el almacenamiento de energía?

Las que ya están

La mayor parte de las soluciones de movilidad siguen usando las tecnologías más conocidas. En primer lugar, no podemos desconocer que todavía existen vehículos que usan baterías de plomo ácido, pesadas pero económicas y fácilmente reciclables, aún presentes en muchas motos eléctricas e incluso pequeños autos urbanos o carritos de golf.

También existe un importante parque de vehículos híbridos que siguen apostando las celdas de níquel-metal (las mismas que usamos en formato AA o AAA recargables) por su alta densidad de potencia y buen ciclado, a pesar de tener menos capacidad que las baterías de litio.

Estas últimas han logrado un lugar preponderante por su densidad energética superior y buena disposición de ciclos (700 a 1200 recargas), particularmente en el formato Niquel-Cobalto-Manganeso (NCM) con distintas combinaciones de los tres minerales tendiendo a usar la menor cantidad de Cobalto posible a medida que avanza el tiempo.

Sin embargo, esta capacidad de ciclado aún resulta ineficiente para, por ejemplo, plantear esquemas de reemplazo rápido, y a pesar de ser la tecnología con mayor densidad, todavía son lo suficientemente grandes y pesadas como para que los fabricantes tengan que integrarlas dentro de la estructura del vehículo, una solución que reduce el peso global y mejora el rendimiento, pero dificulta muchísimo su reemplazo y descarta de plano la posibilidad de intercambiarlas.

Un formato que ha ganado lugar entre algunos fabricantes, sobre todo en China, son las celdas de litio-hierro (LiFePo4), un formato que tiene una densidad energética menor, pero la compensa con una capacidad muy superior de ciclos de carga y descarga, soporte a recargas más rápidas, además de un factor no menor, que es una mayor seguridad y resistencia a tomar fuego ante cualquier tipo de siniestro.

Finalmente, una química con ventajas similares es litio-titanio, que propone una densidad aún menor, pero un ciclado mucho más grande y una velocidad de carga también mucho más rápida, lo que las ha convertido en las favoritas de aquellos que quieren soluciones para transporte público, o grandes formatos en los que el tamaño o el peso de la batería no es problema

Las que están cerca

Aquí entramos en el espacio de las novedades permanentes que mencionábamos en la introducción, con tecnologías que aún están en fase de investigación, o recién se están introduciendo en el mercado, pero que en todos los casos tienen algún atributo o ventaja especial que las hacen candidatas a un titular rimbombante.

Una de las más recientes y sorprendentemente rápidas en su velocidad para llegar a mercado son las baterías de sodio, un desarrollo similar a las de litio, pero que prescinde precisamente de ese elemento, que si bien no es estrictamente escaso hoy enfrenta grandes cuellos de botella para su provisión a nivel global, por un elemento más sencillo de procurar en una relación de 1000 a 1. Son más livianas, admiten cargas más rápidas, y también son extremadamente seguras, aunque como desventaja tienen una densidad menor que las de Litio-Hierro, algo que está en camino de resolverse, según fabricantes muy relevantes como la china CATL.

Las urgencias de la demanda insatisfecha de litio y las similitudes con esa tecnología hacen que ya estén rodando prototipos con baterías de sodio, y que en el transcurso de este mismo año o el próximo ya existan vehículos fabricados en serie que las equipen.

Otro concepto que está haciendo mucho ruido hace mucho tiempo son las baterías de estado sólido, aquellas en las que el electrolito (el material a través del cual circulan los electrones) es de un material sólido en vez de un líquido o un gel como sucede hasta ahora. Las promesas son las de siempre: menor peso, mayor densidad, mejores rendimientos en carga y descarga.

Sin embargo, la barrera más importante para saltar de los laboratorios a la calle son los costos. También es posible que veamos lanzamientos de esta tecnología en los próximos 12 meses (en una forma pura o en una variante “semi-sólida”) de parte de fabricantes chinos del segmento más alto, que no apuntan a disminuir costos sino a poder lograr autonomías superiores incluso a las de un automóvil convencional a combustión.

Finalmente existe un sinnúmero de baterías innovadoras, algunas incluso como variantes de tecnologías que ya mencionamos, que si bien ya se encuentran operativas, y pueden resultar grandilocuentes en un atributo en particular, como vida útil o costo por Kwh no tienen ni tendrán como destino equipar a vehículos eléctricos de ningún tipo: se trata de tecnologías que pueden aportar valor concreto por ejemplo al almacenamiento estacionario de energía como las que ofrecen las fuentes renovables, donde el peso o el espacio no es un problema, pero sí los costos actúan como una barrera infranqueable para su desarrollo.

Un ejemplo de estas tecnologías son las baterías de cloruro de sodio (sal común) y níquel, con electrolito sólido, que han demostrado una vida útil muy superior a las de litio en este tipo de aplicaciones, o las baterías de alumino, azufre y sal que también están ofreciendo excelentes resultados de laboratorio

Y los que lo cambian todo

Ahora, sabiendo que existe una carrera de inversiones millonarias destinadas a encontrar la batería del futuro, ¿Cuán posible es que surjan nuevas tecnologías, químicas combinaciones revolucionarias en un futuro no muy lejano? ¿Qué características tendrían los vehículos equipados con estas nuevas baterías?

Es absolutamente posible, y prácticamente inevitable, que surjan nuevos desarrollos tecnológicos en el área de baterías en un futuro no muy lejano. Abundan las razones: las baterías actuales siguen siendo demasiado grandes, pesadas, costosas de fabricar y difíciles de reciclar para dar lugar a un modelo sostenible de electrificación de la flota global de vehículos motorizados. Esto ha dado lugar a la posibilidad de que alternativas como el hidrógeno o los combustibles sintéticos se consideren alternativas viables y necesarias, entre otras cosas porque no están sometidos a los límites de la ley de ohm, como mencionamos en un artículo previo de esta misma sección.

Sin embargo, la tecnología de almacenamiento también presenta un formato exponencial en cuanto a costos y capacidades a través de los años, y sin lugar a duda recién estamos abandonando el tramo plano de dicha curva, con avances que se sucederán en mejoras con una velocidad cada vez más apreciable.

En 1997 Clayton Christensen publicó un libro fundamental de la teoría de la innovación, El Dilema del Innovador, en el cual trataba de comprender los procesos y fenómenos que daban lugar al desarrollo de innovaciones que creaban nuevos modelos de negocios, potenciaban empresas y dejaban a otras en el camino. Christensen dividía la innovación en dos formatos fundamentales: incremental (aquella que mejoraba las capacidades de las tecnologías o productos actuales), y disruptiva (que daba lugar a negocios completamente nuevos), y si bien hace una pequeña apreciación sobre el final del libro acerca de los autos eléctricos, me concentraré en la parte más importante y exhaustiva de su estudio.

Analizando la industria de los discos rígidos de computadoras, descubre que las empresas que triunfan y marcan nuevas eras no son las que logran la excelencia en la innovación incremental, sino las que dan lugar a nuevos negocios con productos disruptivos, y es precisamente el formato de los productos (discos) el que al reducirse de tamaño crea nuevas categorías de dispositivos electrónicos: computadoras personales, notebooks, tablets, smartphones, cada uno necesitó almacenamiento con densidades muy superiores, y sobre todo un formato acorde a sus dimensiones.

En un sentido análogo, una opción importante que puede marcar un cambio de era en electromovilidad será la disponibilidad de formatos de almacenamiento con densidades energéticas muy superiores a las actuales, capaces de brindar autonomía suficiente para un vehículo con un tamaño y peso igual o menor al de un tanque actual de combustible, con vida útil en ciclos también 10 veces o más amplia que las que conocemos.

¿Qué permitiría esta tecnología? Fundamentalmente dos cosas: por un lado, mejorar significativamente la eficiencia que hoy se ve penalizada cuando un auto tiene que cargar con 500 o 600 kilogramos de baterías para cumplir funciones que por ejemplo, a diario no son realmente requeridas.

En segundo lugar, y mucho más importante, permitiría finalmente pensar en formatos universales y de cambio rápido de baterías, donde quizá volvería (para los recorridos largos) el formato de estación de servicio, donde la recarga implicaría el reemplazo del módulo de almacenamiento por otro precargado. Esto requiere no solo avance tecnológico, sino un fortísimo esfuerzo de estandarización liderado no solo por la industria sino también los gobiernos. También implicaría que el ciclo de vida del pack podría tener formatos como el alquiler o el comodato, o que simplemente no sería gravoso dejar una unidad nueva con algo de uso si consideramos tamaño ciclo de vida. En todos los casos, la ley de ohm seguiría afectando al proceso de recarga, pero no a nuestros traslados, y podrían volverse válidos nuevos casos de uso.

En cualquier caso, el aprendizaje es que no está todo dicho, ni por asomo. Los años por venir serán vertiginosos y cambiantes, y van a desafiar no solo las formas que conocemos, sino el resultado de muchas inversiones que hoy se mencionan como seguras. Vivimos tiempos de transición y quienes no lo entiendan, es muy posible que terminen jugándose el todo en apuestas equivocadas.

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