Todo sobre las baterías de los vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos se consideran una de las mayores innovaciones del sector automovilístico y abren una vía para un transporte más ecológico. El corazón de cada vehículo eléctrico es su batería, que mantiene el funcionamiento del vehículo y, por tanto, es un factor determinante de la eficiencia. Por tanto, será importante entender cómo funcionan estas baterías, sus componentes y qué influye en su vida útil para comprender el futuro de los vehículos eléctricos.

¿Cómo funcionan las baterías de los vehículos eléctricos?

Elalmacenamiento y la conversión deenergía son los principios básicos que rigen el funcionamiento de las baterías de los vehículos eléctricos. Funcionan almacenando energía eléctrica y convirtiéndola después en movimiento a través de motores eléctricos. Al cargar un vehículo, la energía eléctrica se transfiere de la fuente de carga a la batería. Esta energía almacenada en ella se libera al motor para proporcionar movimiento al vehículo.

En términos sencillos, la batería de un VE sirve como un gran depósito de energía que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento del vehículo. Mientras que los motores de combustión interna tradicionales funcionan con combustible, los VE emplean sus baterías como una forma limpia y eficiente de funcionar y no producen emisiones del tubo de escape.

Componentes clave

La batería de un vehículo eléctrico consta de una serie de componentes clave, que interactúan para proporcionar un almacenamiento y descarga de energía eficientes. Las partes principales incluyen:

1. Ánodo y cátodo: Son los dos electrodos de una batería. Normalmente, el ánodo está hecho de grafito, aunque el cátodo está formado por óxidos metálicos de litio en las baterías de iones de litio. El ánodo libera electrones en el momento de la descarga y, por otro lado, durante la carga, el cátodo los absorbe.

2. Electrolito: El electrolito es la sustancia que permite el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo, permitiendo así los ciclos de carga/descarga de la batería. En la mayoría de las baterías para vehículos eléctricos, se trata de una solución de sales de litio en un disolvente líquido.

3. Separador: Separa el ánodo y el cátodo para evitar el contacto directo que puede provocar cortocircuitos. Permite el paso de iones durante los procesos de carga y descarga.

4. Sistema de gestión de la batería (BMS): Un sistema de gestión de la batería es un sistema electrónico que controla y mantiene el rendimiento de la batería. El BMS permite que la batería funcione dentro de unos parámetros seguros, equilibrando los niveles de carga, las temperaturas y los voltajes en todas las celdas.

Lectura relacionada: El corazón de la batería de iones de litio: Materiales del cátodo

Tipos de baterías para vehículos eléctricos

Hay varios tipos de baterías en los vehículos eléctricos que tienen ventajas y desventajas distintas. Los tipos más comunes son:

1. Baterías de iones de litio: Las baterías de iones de litio, el tipo de batería más utilizado actualmente en los vehículos eléctricos, tienen una alta densidad energética, una larga vida útil y un peso relativamente bajo. Tienen la capacidad de almacenar más energía por unidad de peso en comparación con otros tipos de baterías, algo bastante crítico para garantizar la máxima autonomía de un vehículo eléctrico.

2. Baterías de níquel-hidruro metálico: Se utilizan principalmente en los vehículos eléctricos híbridos más antiguos. Con una densidad energética menor en comparación con las baterías de iones de litio, las baterías de NiMH tienen una vida útil mucho mejor en temperaturas extremas. También son menos propensas a la degradación con el tiempo en comparación con las baterías de iones de litio.

3. Baterías de estado sólido: Las baterías de estado sólido, una tecnología nueva y prometedora, sustituyen el electrolito líquido por un electrolito sólido, lo que puede mejorar la densidad energética, la seguridad y la vida útil. Sin embargo, aún se encuentran en fase de desarrollo y no están muy extendidas en los vehículos eléctricos comerciales.

4. Las baterías de plomo-ácido se utilizan en algunos de los modelos más baratos o antiguos de VE. Sin embargo, las baterías de plomo-ácido no son tan eficientes como las de iones de litio. Por tanto, tienen menor densidad energética, lo que las hace más pesadas y ocupan más espacio para almacenar la misma cantidad de energía.

Capacidad de la batería, autonomía y carga

La capacidad de la batería de un VE suele medirse en kWh. Es la cantidad de energía que puede almacenar la batería y, a su vez, la distancia que puede recorrer el vehículo con una sola carga. Por ejemplo, un VE con una batería de 60 kWh puede, en teoría, recorrer 100 km utilizando un kWh de energía por cada kilómetro.

La autonomía es una de las consideraciones más importantes para los compradores potenciales de VE. Una batería de mayor capacidad suele equivaler a una mayor autonomía. Sin embargo, la autonomía puede verse afectada por varios factores, como los hábitos de conducción, las condiciones de la carretera y el peso del vehículo. La mayoría de los VE modernos tienen una autonomía de entre 200 y 370 millas con una carga completa, aunque algunos modelos de gama alta pueden superarla.

El proceso de carga del VE consiste simplemente en enchufarlo a una fuente de energía eléctrica. Funciona para reponer la energía de la batería. Los tiempos de carga varían en función del nivel de carga: Nivel 1, Nivel 2 o carga rápida de CC. De estos tres, los cargadores rápidos de CC son los más rápidos, ya que un VE alcanza el 80% de carga en menos de 30 minutos. En general, la carga doméstica requiere varias horas, mientras que las estaciones públicas tardan entre 30 minutos y varias horas, dependiendo de la propia infraestructura.

Factores que afectan a la duración de la batería

Aunque las baterías de iones de litio pueden durar entre 8 y 15 años en un VE, su duración real depende de varios factores:

1. Hábitos de carga: Las descargas profundas frecuentes -que agotan la batería por completo- o la carga habitual de una batería al 100% aceleran su proceso de degradación. Lo ideal sería que los propietarios de VE mantuvieran la carga de la batería entre el 20% y el 80% para prolongar su vida útil.

2. 2. Temperatura: El calor o el frío intensos afectan negativamente a la vida útil de la batería. Mientras que las altas temperaturas pueden sobrecalentar las baterías, las bajas pueden impedir la capacidad de suministro de energía de la batería.

3. Patrones de uso: Los patrones habituales de conducción, como la velocidad y la aceleración, también influyen en el proceso de degradación. Por ejemplo, una aceleración rápida hará que la batería se descargue más rápido que una conducción suave y moderada.

4. Química de la batería: No todas las químicas de las baterías se degradan al mismo ritmo. Por ejemplo, las baterías LiFePO4 son generalmente más duraderas a costa de una densidad energética algo menor que las baterías de litio níquel cobalto manganeso (NCM).

5. Mantenimiento y cuidado: La actualización periódica del software y su mantenimiento garantizarán el buen estado de la batería. Por otro lado, un BMS también puede ayudar a equilibrar la carga de las celdas para que ninguna de ellas se sobrecargue o se descargue por debajo de lo necesario y que se mantengan los límites operativos de seguridad.

¿Se pueden reciclar las baterías de los VE?

Las baterías de los VE pueden reciclarse, pero es un proceso complejo y aún en desarrollo. El reciclaje de baterías de iones de litio implica generalmente la segregación de materiales valiosos como litio, cobalto, níquel y grafito que pueden reutilizarse en la producción de nuevas baterías. Además, con el aumento de la demanda, los vehículos eléctricos están impulsando la necesidad de procesos de reciclaje eficientes que puedan ayudar a minimizar el impacto medioambiental y reducir la extracción de materias primas.

El proceso de reciclado también ayuda a abordar las numerosas preocupaciones relacionadas con la eliminación de las baterías al final del ciclo de vida de un vehículo eléctrico. Muchos fabricantes de automóviles y de baterías están trabajando para mejorar las tecnologías de reciclaje y la eficiencia del proceso. Algunas empresas incluso están explorando la posibilidad de reutilizar las baterías usadas de los VE como dispositivos de almacenamiento en aplicaciones energéticas que van desde los sistemas de almacenamiento en red.

Conclusión

Las baterías de los vehículos eléctricos son el corazón de la revolución verde en el transporte que nos lleva a abandonar los combustibles fósiles por fuentes de energía sostenibles. A medida que avance la tecnología, también veremos mejoras continuas en el rendimiento, la vida útil y la reciclabilidad de las baterías. Comprender los mecanismos internos de estas baterías es crucial tanto para los consumidores como para los agentes de la industria que pretendan tomar decisiones informadas en este mercado en rápida evolución.