Las baterías de los vehículos eléctricos están compuestas principalmente por celdas de iones de litio que contienen materiales como litio, cobalto, níquel y manganeso. Las celdas de iones de litio son las más populares debido a su eficiencia de costos, ofreciendo el equilibrio más óptimo entre capacidad de almacenamiento de energía y precio.

Las ventas de vehículos eléctricos de batería y vehículos híbridos enchufables experimentaron un crecimiento sólido en el tercer trimestre. El mercado de vehículos eléctricos generó $561.3 mil millones en 2023. Las ventas de vehículos eléctricos superaron el millón por primera vez en septiembre.

Gobiernos como Estados Unidos, China y la Unión Europea están impulsando la adopción aumentada de vehículos eléctricos, con objetivos que van del 40% al 50% de todas las ventas de nuevos coches para 2030. Al igual que necesitas comida para mantener tu cuerpo en movimiento, los coches eléctricos necesitan baterías para seguir rodando.

Pero estas no son cualquier batería que encontrarías en tu mando a distancia o tu controlador de juegos. En este artículo, vamos a adentrarnos en el fascinante mundo de las baterías de coches eléctricos. Descubriremos de qué están hechas las baterías de coches eléctricos y cómo se construyen.

Las baterías de los coches eléctricos son como las centrales eléctricas que alimentan a los vehículos eléctricos (VE) en lugar de los motores tradicionales de gasolina o diésel. Mientras que los coches normales dependen del combustible para generar potencia, los coches eléctricos usan baterías para almacenar electricidad, la cual luego alimenta a un motor eléctrico para mover las ruedas.

A diferencia de los vehículos tradicionales, los coches eléctricos eliminan la necesidad de cambios de aceite y reducen la dependencia de combustibles fósiles, ofreciendo una opción de transporte más sostenible.

Un paquete típico de batería de VE contiene aproximadamente 8 kilos de carbonato de litio, 35 kilos de níquel, 20 kilos de manganeso y 14 kilos de cobalto. Estos materiales trabajan en armonía, cada uno jugando un papel crucial en el almacenamiento y liberación de energía de manera eficiente.

• Iones de litio (Li-ion): Son las baterías más comunes y versátiles, ofreciendo un buen equilibrio entre rendimiento y costo.
• Níquel Manganeso Cobalto (NMC): Conocidas por su alta densidad de energía, estas baterías son ideales para mayores rangos de conducción.
• Níquel Metal Hidruro (Ni-MH): A menudo utilizadas en coches híbridos, estas baterías ofrecen un equilibrio entre rendimiento y asequibilidad.
• Litio Azufre (Li-S): Estas aún están en desarrollo pero prometen una densidad de energía aún mayor que las baterías Li-ion.
• Ácido Plomo: Generalmente encontradas en vehículos más antiguos, estas baterías son menos eficientes pero aún cumplen su función.

• Cilíndricas: Estas baterías son como pequeños tubos y suelen ser económicas y fáciles de fabricar.
• Prismáticas: Rectangulares, estas baterías ofrecen un buen almacenamiento de energía y entrega de potencia.
• Pouch (tipo bolsa): Estas baterías son flexibles y eficientes en espacio, lo que las hace ideales para adaptarse a diferentes diseños de vehículos.

Cada tipo de batería y formato tiene sus fortalezas y debilidades, satisfaciendo diferentes necesidades y preferencias en los vehículos eléctricos.

La química de las baterías de VE varía, siendo el ion litio el más común debido a su asequibilidad y alta capacidad de almacenamiento de energía. Otras químicas notables incluyen níquel manganeso cobalto (NMC), níquel metal hidruro (Ni-MH) y ácido plomo.

Las baterías de ion litio consisten en capas compuestas por un cátodo (generalmente litio, níquel, cobalto y manganeso), un ánodo (comúnmente grafito) y un electrolito, todos encerrados en aluminio o acero para protección.

• Ánodo: El electrodo positivo, que almacena iones de litio durante la carga.
• Cátodo: El electrodo negativo, que recibe y libera iones de litio durante la carga y descarga.
• Separador: Asegura que los iones fluyan entre los electrodos sin contacto directo, previniendo cortocircuitos.
• Electrolito: Facilita el movimiento de los iones de litio entre electrodos durante la carga y descarga.
• Iones de litio: Los principales responsables del almacenamiento y liberación de energía eléctrica dentro de la batería.

La producción de baterías para coches eléctricos implica varios pasos intricados, desde la fabricación de celdas individuales hasta el ensamblaje de módulos y paquetes de baterías.

Materiales brutos como litio, níquel y cobalto se obtienen y procesan para crear materiales para cátodo y ánodo. Estos materiales pasan por procesos de mezcla, recubrimiento y secado para formar hojas de electrodo con composiciones y espesores precisos.

Las hojas de electrodo se apilan juntas con materiales separadores entre ellas para formar un “rollo de gelatina” de celda. El rollo de gelatina luego se inserta en una carcasa cilíndrica o prismática y se llena con electrolitos. Sellar la carcasa completa el proceso de ensamblaje de la celda, creando una unidad sellada lista para pruebas.

Las celdas pasan por pruebas rigurosas para asegurar que cumplan con los estándares de rendimiento y seguridad. Las pruebas pueden incluir verificar el voltaje, la capacidad y la resistencia interna, así como realizar pruebas de seguridad bajo diversas condiciones.

Múltiples celdas se agrupan para formar módulos, típicamente dispuestos en configuraciones en serie o paralelas. Los módulos pueden incluir componentes adicionales como sistemas de gestión térmica y electrónica de gestión de baterías.

Los módulos se ensamblan en paquetes, que son los bloques de construcción finales del sistema de baterías. Los paquetes pueden pasar por pruebas adicionales e integración con otros componentes del vehículo antes de la instalación en el coche eléctrico.

Los paquetes de baterías completados pasan por controles de calidad integrales para asegurar que cumplan con los requisitos de rendimiento, seguridad y fiabilidad. Cualquier paquete defectuoso o subestándar se identifica y corrige antes de la instalación en los vehículos eléctricos.

Más allá de los materiales de las celdas, las baterías de VE requieren componentes adicionales para su funcionamiento:

• Matriz de módulos de batería: Grupos de celdas conectadas entre sí para formar módulos, que colectivamente constituyen el paquete de batería.
• Sistema de Gestión de Batería (BMS): Controla y regula el rendimiento de la batería, asegurando su funcionamiento óptimo y su seguridad.
• Sistema Eléctrico de la Batería: Incluye los cables y componentes eléctricos necesarios para el funcionamiento de la batería.
• Sistema de Refrigeración de la Batería: Gestiona el calor generado durante el funcionamiento para prevenir sobrecalentamientos.
• Carcasa de Protección de la Batería: Proporciona protección física e integridad estructural al paquete de batería.

A pesar de su reputación ecológica, la producción de baterías para VE plantea preocupaciones de sostenibilidad. La extracción de materiales para baterías de VE, incluyendo cobalto, níquel y litio, a menudo implica métodos que dañan al medio ambiente.

Por ejemplo, la extracción de una tonelada de litio consume casi 500,000 galones de agua, destacando la urgencia de prácticas más sostenibles.

Sin embargo, hay esfuerzos en marcha para desarrollar métodos de extracción más sostenibles y reducir la huella ecológica de la industria. En respuesta a estos desafíos, investigadores y empresas están pionizando soluciones innovadoras.

Energy X, por ejemplo, ha desarrollado la Extracción Directa de Litio (DLE), un método más sostenible que produce una mayor cantidad de litio a una fracción del costo y del impacto ambiental. Tales avances ofrecen esperanza para un futuro más verde en la producción de baterías.

China lidera actualmente la producción de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, suministrando una porción significativa de la demanda global. Sin embargo, gobiernos en todo el mundo están priorizando el desarrollo de cadenas de suministro domésticas para asegurar la resiliencia y autonomía frente al creciente aumento en la adopción de vehículos eléctricos.

Grandes jugadores en la fabricación de baterías para VE incluyen a CATL (34% de la cuota de mercado), LG Energy Solution (14% de la cuota de mercado) y BYD (12% de la cuota de mercado). Esfuerzos están en marcha a nivel global para impulsar la producción nacional y mitigar los desafíos en la cadena de suministro.

Países como la República del Congo, Indonesia, Australia y naciones en Sudamérica son fuentes significativas de cobalto, níquel y litio - materiales esenciales utilizados en las baterías de VE.

• Cobalto: La mitad del cobalto mundial proviene de la República del Congo, un jugador crucial en la cadena de suministro de baterías.
• Níquel: Indonesia, Australia y Brasil contribuyen al suministro global de níquel, esencial para mejorar el rendimiento de las baterías.
• Litio: Sudamérica, particularmente Chile, Bolivia y Argentina, posee la mayor parte de las reservas de litio, vital para alimentar a los vehículos eléctricos.

Sin embargo, es importante diversificar las cadenas de suministro obteniendo materiales de diversas regiones. Depender demasiado de ciertos países para estos materiales puede crear vulnerabilidades en la cadena de suministro, como riesgos geopolíticos, interrupciones comerciales o fluctuaciones en los precios de las materias primas.

Las baterías de estado sólido ofrecen una solución prometedora para los vehículos eléctricos, buscando superar las limitaciones de las baterías tradicionales de ion litio. Estas baterías utilizan materiales cerámicos sólidos en lugar de electrolitos líquidos, prometiendo alternativas más ligeras, baratas y de carga más rápida.

La colaboración entre fabricantes de automóviles, fabricantes de baterías y empresas tecnológicas está impulsando los esfuerzos de investigación y desarrollo para acelerar la adopción de baterías de estado sólido para VE.

Las baterías de estado sólido reducen las emisiones de carbono en un 40% y ofrecen más de 500 millas de rango de conducción con una sola carga. BMW y Ford son algunos de los pioneros probando baterías de estado sólido para su posible integración en vehículos para 2025.

Toyota presentó una batería de estado sólido para VE con un rango de 745 millas y firmó un acuerdo para producir en masa baterías de estado sólido con un rango de 932 millas en octubre.

Las baterías de coches eléctricos son la fuerza impulsora detrás de la revolución verde en el transporte. Al comprender su composición, su impacto ambiental y los avances tecnológicos, allanamos el camino hacia un futuro más limpio y sostenible en la carretera.

Así que la próxima vez que pises el acelerador en tu VE, recuerda la poderosa tecnología que te impulsa hacia un mañana más verde.