Los progresos técnicos que se esperan en los coches eléctricos: de las baterías de litio-sulfuro a nuevas técnicas de fabricación
El coche eléctrico es tan antiguo como el propio automóvil. De hecho, la electricidad parecía ser la energía de predilección para el recién inventado automóvil. Finalmente, la hegemonía del motor de combustión a lo largo de más de un siglo ralentizó el desarrollo del eléctrico.
Debido a la presión de nuevas normas anticontaminación cada vez más duras con el motor de combustión interna, el desarrollo de la movilidad eléctrica avanzó más en los últimos 20 años que en todo el Siglo XX. Aún así, le queda mucho desarrollo por delante para poder imponerse definitivamente.
Las baterías de estado sólido
El alma del coche eléctrico es su batería. Desde la clásica batería de plomo y ácido de los inicios (y que aún se utilizaba en los prototipos a principio de los años 90, como en el SEAT Toledo eléctrico) hasta las actuales de polímero de litio pasando por las “clásicas” de iones de litio, los progresos han sido evidentes.
Si un día el coche eléctrico quiere suplantar al coche de motor térmico como medio de transporte, las baterías deben ofrecer mayor autonomía, mayor estabilidad e incluso seguridad. Y es algo que se podría conseguir con las llamadas baterías de estado sólido.
Todavía están en fase de desarrollo, aunque Toyota asegura que en 2022 tendrá en el mercado su primer coche 100 % eléctrico equipado de una batería de estado sólido . Se trata de una batería de iones de litio en el que el líquido conductor que albergan es sustituido por un material sólido (cristal, gel, hilos de oro, etc). Te lo explicamos más en detalle aquí. Estas baterías tendrían una autonomía muy superior a las actuales además de ser más seguras en caso de choque.
Las baterías de litio-sulfuro
Al final, el objetivo de los fabricantes es conseguir baterías con mayor densidad, es decir baterías más pequeñas (por razones de peso y coste) pero con mayor capacidad (para poder ofrecer más autonomía). Y en ese sentido, las baterías de litio-sulfuro (el sulfuro es básicamente azufre combinado con otro elemento químico) pueden ser el progreso que lleve el coche eléctrico a imponerse.
Investigadores de la Universidad de Texas, en Dallas, han desarrollado una batería cuyas celdas son de litio-sulfuro con una densidad energética muy superior a las baterías actuales. Podría ser el progreso que la industria del automóvil necesita para que el coche eléctrico se haga su hueco. Las tres principales ventajas de este tipo de batería frente a una batería de iones de litio son su precio (la materia prima utilizada es más barata), su capacidad y su peso reducido.
Una batería de litio-sulfuro puede almacenar entre tres y cinco veces más energía que una batería de iones de litio de mismas dimensiones. De este modo, aumentaría notablemente la autonomía de un coche. Estas baterías pueden ser también más ligeras, gracias a la mayor densidad energética. Así no serían necesarias grandes baterías, como en los Tesla, para poder otorgar una importante autonomía.
Para que sean una realidad comercial, las baterías de litio-sulfuro deberán, sin embargo, superar un importante defecto: su degradación. Tras 100 ciclos de carga y descarga, este tipo de batería habrá perdido un 30 % de su capacidad. Ya se trabaja en baterías de litio-sulfuro con una fina capa metálica de molibdeno.
Un coste de batería inferior a 100 dólares/kWh para un coche eléctrico más asequible
Los coches eléctricos son, todavía, en su gran mayoría automóviles caros. Pocos son los que bajan de los 35.000 euros de precio tarifa. Y la principal razón es el precio de sus baterías. Éstas son caras por tanto el coche es caro y por ende se fabrican pocas unidades, lo cual no permite reducir el coste unitario y hacer poder ofrecer un precio más asequible.
En la industria se considera que para que el coche eléctrico se imponga, el coste de una batería debe estar por debajo de los 100 $/kWh. El precio de las baterías no ha cesado de bajar en los últimos 10 años. Y según las estimaciones de Bloomberg, el precio iría bajando hasta llegar a los 100 $/kWh en 2025. Sin embargo, Elon Musk, CEO de Tesla, destrozó todas las previsiones en su última reunión de accionistas: Tesla será capaz de fabricar baterías iones de litio por menos de 100 $/kWh a finales de 2018.
Los motores
El motor eléctrico aplicado al automóvil tiene todavía margen de desarrollo. De hecho, la mayoría de fabricantes desarrollan sus propios motores eléctricos, lo cual es una indicación de que quizá se puedan mejorar. O en todo caso, que piensan que pueden conseguir un avance suficientemente significativo como para darles una ventaja comercial sobre el resto de marcas.
Materiales más ligeros en la construcción de los motores, optimizar las prestaciones del motor en función del vehículo (turismo, carga pesada, industrial ligero, etc) y alternativas a los metales llamados tierras raras (imprescindibles en los motores que usan electroimanes) son algunos de los ejemplos más conocidos de la mejora de los motores eléctricos.
BMW, Toyota y Honda ya trabajan en el desarrollo de electroimanes sin tierras raras para sus motores. El objetivo es claro, reducir el coste de unos materiales cada vez más caros al mismo tiempo que se libran de una dependencia de esos materiales nefasta para el negocio. ¿Qué pasaría si los productores cerrasen el grifo?
Uno de los puntos claves que se pueden mejorar, y donde Tesla, por ejemplo, lleva cierta ventaja es en la gestión de la energía. En un motor eléctrico, el par y la velocidad de rotación del motor determinan su consumo, mientras que la potencia máxima es necesaria para las prestaciones.
Gestionar esos parámetros de la forma más eficiente ayuda a aumentar la autonomía de las baterías. Por otra parte, la refrigeración de los motores, así como de las baterías, cuando son muy solicitados es algo en el que también hay margen para mejorar.
Chasis, packaging y materiales compuestos
El BMW i3 es uno de los ejemplos más conocidos de estrcutura en fibra de carbono aplicada a un coche eléctrico. Los coches eléctricos suelen mucho más pesados que su equivalente de motor de combustión. Un Tesla Model S, por ejemplo, pesa unos 2.100 kg. El sobrepeso se debe principalmente al peso de las baterías, de ahí que trabajar para mejorar la densidad energética de una batería sea primordial para la industria. Mientras tanto, también se trabaja en aligerar el peso del coche en general, empezando por su propia estructura y los materiales que la componen.
BMW fue uno de los primeros en lanzar en serie un coche eléctrico con chasis en fibra de carbono y otros materiales compuestos. Obviamente, no es el único en explorar nuevas vías. Uno de los ejemplos más interesantes de la industria viene de la mano del genial Gordon Murray, padre del McLaren F1.
Yamaha Motiv E Concept eléctrico sobre una estructura iStream Según Gordon Murray, el desarrollo de los motores, de los neumáticos y de las transmisiones ha alcanzado un nivel en el que los progresos posibles son mínimos. Si queremos reducir de manera notable el consumo de los coches -y por ende su contaminación- sólo nos queda una vía por explorar y desarrollar: reducir el peso de los vehículos. Algo que resulta vital para los coches eléctricos.
Gordon Murray, con los iStream y iStream Carbon propone una estructura compuesta por un sencillo entramado de tubos de acero recubierto de materiales compuestos (fibras, plásticos, etc). Los tubos de acero servirán de soporte para diferentes elementos, como las bisagras de las puertas, el motor o los paneles de carrocería. Entre los tubos se añaden paneles de una fibra de carbono de nueva creación. Es un sistema de construcción mucho más rápido que el actual e infinitamente menos costoso.
Desarrollada en colaboración con la firma nipona Toray, se caracteriza por usar una base de fibra de papel en nido de abeja atrapada entre dos hojas de fibra de carbono tradicional, formando así los paneles de “fibra de carbono”, valga la redundancia.
También se pueden esperar progresos en el packaging del coche. Por ejemplo, volviendo a los motores eléctricos. Por ejemplo, en el actual Honda NSX la firma japonesa optó por dos pequeños motores eléctricos para mover el eje delantero en lugar de un único motor. Así, la función de reparto de par y frenada regenerativa es mucho más eficiente, pues cada uno de los dos motores puede funcionar de forma diferente del otro.
El Honda NSX cuenta con dos motores eléctricos en el eje delantero. El desarrollo del coche eléctrico de mañana abarca tantas áreas que centrarse en las baterías sería un error. Y es que desde el eléctrico “La Jamais Contente” de 1899 (primer coche de la historia en superar la barrera de los 100 km/h), los progresos han sido enormes en todos los campos: baterías, nuemáticos, materiales, técnicas de construcción, gestión electrónica de la energía, cajas de cambios, etc. Esto es solo el principio y hay muchas vías por explorar.
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Los progresos técnicos que se esperan en los coches eléctricos: de las baterías de litio-sulfuro a nuevas técnicas de fabricación
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Motorpasión
por
Daniel Murias
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