Las baterías tendrían que ser capaces de almacenar más energía, distribuirla más rápidamente y con más fiabilidad, y, en definitiva, tener un coste mucho menor. Las formas concretas en que las baterías necesitan mejorar varían según la aplicación, aunque en todas estas áreas los investigadores han estado consiguiendo avances significativos.
La semana pasada, un grupo de investigadores del MIT dirigido por Yang-Shao Ho , profesor de ciencias e ingeniería de los materiales y de ingeniería mecánica, junto a Paula Hammond, profesora de ingeniería química, anunció un nuevo enfoque dentro de las baterías de ión-litio de alta potencia, el tipo de batería que resulta útil para los vehículos híbridos o la estabilización de la red eléctrica. Las baterías de alta potencia aceptan y entregan las cargas rápidamente. En los híbridos, el objetivo es complementar al motor de gasolina, permitiendo que funcione en su modo más eficiente. La batería conduce el coche a baja velocidad en distancias cortas, además de aumentar la aceleración, reduciendo la demanda del uso del motor. También captura la energía del frenado que de otro modo se perdería en forma de calor. Para la red eléctrica, este tipo de baterías podrían servir como búfer para los cambios en la oferta y la demanda de electricidad—una tarea cada vez más importante puesto que se están empezando a usar fuentes de electricidad más variables, tales como la eólica y la solar.
Los investigadores del MIT han hecho una demostración de un nuevo electrodo de batería, basado en nanotubos de carbono especialmente tratados, y que ha logrado durar miles de ciclos sin pérdida de rendimiento. Las baterías hechas a partir de estos electrodos podrían liberar la suficiente potencia como para propulsar grandes furgonetas de distribución o camiones de basura, por ejemplo, sin que las baterías sean demasiado pesadas como para no ser prácticas. (Los investigadores necesitan aumentar el grosor de los electrodos para que sean prácticos en estas aplicaciones.) Compañías tales como A123 Systems, con sede en Watertown, Massachusetts, también han desarrollado baterías de litio-ión de muy alta energía, y otros grupos académicos y startups están desarrollando supercondensadores de carbono basados en nanotubos, capaces de almacenar la energía mediante un mecanismo diferente al de las baterías, y que es particularmente útil para conseguir una alta potencia y una larga vida.
Aunque los nuevos electrodos podrían acabar siendo útiles para los híbridos, así como para la estabilización de la red, no son particularmente buenos para otras aplicaciones, como por ejemplo los vehículos completamente eléctricos. Para los vehículos eléctricos, la cantidad total de energía que almacenan las baterías es más importante que la rapidez con que la energía pueda ser entregada, ya que es la cantidad total la que determina hasta qué distancia estos coches pueden viajar entre carga y carga. Los investigadores del MIT encargados de desarrollar los nuevos electrodos de nanotubos de carbono también están desarrollando un tipo distinto de baterías para almacenar grandes cantidades de energía. Conocida como batería de litio-aire, en la que uno de los dos electrodos se sustituye por el contacto con el aire, la tecnología ha atraído recientemente grandes cantidades de fondos del gobie o, así como el interés de compañías del calibre de IBM. En teoría, este tipo de baterías puede almacenar 10 veces más energía que las baterías convencionales de litio-ión. Sin embargo el diseño tiene una serie de problemas que dificultan la comercialización, entre ellos la vulnerabilidad de sus materiales activos a la humedad (el metal de litio que utiliza puede incendiarse si se moja) y la tendencia de las baterías a dejar de funcionar después de haberse recargado sólo unas cuantas veces.
Al igual que con las baterías de litio-aire, otras tecnologías potenciales de baterías de alta energía se enfrentan a una serie de obstáculos, lo que podría ayudar a explicar por qué los híbridos, con sus baterías de alta potencia en lugar de baterías de alta energía, han tenido más éxito que los vehículos eléctricos. Muchas de las químicas de batería más prometedoras son demasiado difíciles de producir a gran escala, se descomponen después de algunos ciclos, o son demasiado caras. Según el Departamento de Energía de los EE.UU., los paquetes de batería completos cuestan hoy entre 800 y 1.200 dólares por kilovatio hora, y almacenan alrededor de 100 a 120 vatios-hora por kilogramo. Para que los vehículos eléctricos sean prácticos y asequibles, al DOE le gustaría que los costes bajasen a 250 dólares por kilovatio hora, e incrementasen la capacidad de almacenamiento a más de 200 vatios-hora por kilogramo. (Alcanzar estos objetivos requerirá capacidades de almacenamiento aún mayores para las células individuales que componen los paquetes de baterías—cerca de 400 vatios hora por kilogramo.)
Si bien la mejora de las baterías para híbridos y vehículos eléctricos es algo difícil de lograr, uno de los mayores retos a largo plazo para los investigadores de baterías consiste en la fabricación de baterías que puedan almacenar de forma barata grandes cantidades de energía generada por paneles solares y turbinas eólicas, de modo que la electricidad procedente de estas fuentes esté disponible cuando el sol no brille o el viento no sople. Por ahora, este tipo de baterías no son necesarias—hay suficiente energía procedente de fuentes convencionales como para tomar el relevo. No obstante, si se desea que la energía solar y eólica proporcionen algún día la mayor parte de la energía, es necesario crear modos de almacenamiento, y hoy en día las baterías son demasiado caras. El objetivo del DOE para este tipo de baterías está por debajo de los 100 dólares por kilovatio-hora, menos de la mitad de su objetivo para los vehículos eléctricos. Es más barato hoy día construir una central eléctrica de gas natural como fuente energética de reserva, o almacenar energía mediante el bombeo de agua cuesta arriba, donde posteriormente puede fluir hacia abajo para hacer girar un generador. Un enfoque experimental para este tipo de baterías de bajo coste se conoce como batería "líquida", y utiliza materiales de batería baratos y que se ensamblan entre sí.
Incluso si los problemas con las baterías se superan en el laboratorio, estas tecnologías se enfrentan a una serie de obstáculos antes de poder ser comercializadas. Para reducir los costes, los fabricantes de baterías están recurriendo a otras aplicaciones distintas a los vehículos eléctricos y la red eléctrica, para así hacer que las nuevas tecnologías logren despegar. Entre estas aplicaciones están la microelectrónica, las herramientas eléctricas, y los coches de carreras. Los híbridos conectables también pueden hacer las funciones de puente hacia los vehículos eléctricos. Los conectables utilizan generadores de gasolina como energía de repuesto, para así lograr extender su rango de autonomía, permitiendo a los fabricantes de automóviles utilizar paquetes de baterías más pequeños y más baratos que los necesarios en los vehículos eléctricos. Algunos fabricantes de automóviles tales como GM, con su Chevrolet Volt previsto para este año, están siguiendo este enfoque. Los vehículos eléctricos a la venta hoy día, y los que saldrán a la venta en los próximos años, son o bien caros coches deportivos o vehículos de lujo, en los que los costes pueden ser altos, o bien sus costes iniciales se reducen gracias a una financiación creativa, como por ejemplo con el arrendamiento de los paquetes de baterías, u ofreciendo planes de millas de forma similar a los planes por minuto que ofrecen las compañías de telefonía móvil.