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LORENZO PETRANTONI

Tecnología y Sociedad

¿Cómo funcionan las baterías de los coches eléctricos?

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¿Son las baterías de litio tan sostenibles como para cumplir el sueño de la revolución de los coches eléctricos?

  • por Patrick Sisson | traducido por Ana Milutinovic
  • 02 Marzo, 2023

Las baterías que impulsan los vehículos eléctricos (EV) se han convertido en el componente, y gasto, más importante para la nueva generación de coches y camiones. Pues representan no solo el potencial para un transporte más limpio, sino también grandes cambios en el poder geopolítico, el dominio industrial y la protección ambiental.

Según algunas predicciones recientes, en el año 2030 los vehículos eléctricos representarán poco más de la mitad de las ventas de nuevos vehículos privados en EE UU. Una estimación sugiere que este posible crecimiento del mercado mundial de baterías podría requerir la construcción de 90 instalaciones más del tamaño de la Gigafábrica de Tesla para la próxima década.

Las baterías de iones de litio, que también se encuentran en los smartphones, alimentan a la mayoría de los vehículos eléctricos. El litio es muy reactivo, y las baterías fabricadas con él pueden contener alta tensión y una carga excepcional, que lo convierte en una forma eficiente y densa de almacenamiento de energía. Se espera que en el futuro estas baterías sigan siendo dominantes en los vehículos eléctricos, gracias a la caída de los costes y las mejoras en el rendimiento.

Ahora, las baterías de los coches eléctricos suelen pesar alrededor de 1.000 libras (453 kilogramos), su fabricación cuesta alrededor de 15.000 dólares (14.090 euros) y tienen suficiente energía, como la que gasta cualquier hogar  durante unos días. Aunque su capacidad de carga se degrada con el tiempo, deberían durar de 10 a 20 años.

Cada batería es un conjunto densamente empaquetado de cientos, incluso miles, de células electroquímicas de iones de litio un poco blandas, por lo general con forma de cilindros o saquitos. Cada célula consta de un cátodo positivo que, en general, contiene óxidos metálicos hechos de níquel, manganeso y cobalto. Este ánodo negativo tiene base de grafito, y una solución líquida en el medio, llamada electrolito.

Ahí es donde entra en juego la reactividad del litio, pues su electrón externo suelto puede dividirse fácilmente, dejando un ion de litio (el átomo sin su electrón externo). La célula funciona jugando al ping-pong con estos iones y electrones de un lado a otro.

Durante el ciclo de carga, la corriente eléctrica -introducida a través de una fuente externa- separa los electrones de los átomos de litio en el cátodo. Estos electrones fluyen alrededor de un circuito externo hacia el ánodo, que suele estar compuesto de grafito, un material barato, denso en energía y duradero que destaca en el almacenamiento de energía. Mientras tanto, los átomos de litio ionizados fluyen hacia el ánodo a través del electrolito y se reúnen con sus electrones. Durante los ciclos de descarga, el proceso se invierte. Los átomos de litio en el ánodo se separan nuevamente de sus electrones, los iones pasan a través del electrolito y los electrones fluyen a través del circuito externo, que pone en marcha el motor.

La expansión de los vehículos eléctricos ha creado una demanda insaciable de los minerales necesarios para fabricar baterías. El precio del carbonato de litio, el compuesto del que se extrae el litio, se mantuvo estable entre los años 2010 y 2020, pero casi se multiplicó por diez entre 2020 y 2022. Esto impulsó nuevas inversiones en todo el mundo. Solo en EE UU se están desarrollando más de una docena de plantas de baterías y numerosos proyectos mineros.

Sin embargo, la búsqueda de materias primas conlleva grandes costes ambientales, políticos y sociales.

La mayoría del cobalto, un componente común del cátodo, proviene de la República Democrática del Congo, tristemente célebre por el trabajo infantil y forzado. Gran parte del suministro estadounidense de materias primas se encuentra en tierras tribales. Chile, un productor clave de litio, quiere arrebatar el control de la producción a las multinacionales. Mientras tanto, las compañías mineras y los empresarios tienen sus propios planes para extraer minerales del lecho marino, lo que podría dañar ese ecosistema frágil y poco conocido. Por ello, Chile está presionando por una moratoria sobre dicha minería oceánica.

Los desarrolladores de baterías buscan reducir el uso de metales raros y mejorar el reciclaje. Varias start-ups y fabricantes de coches también están compitiendo para diseñar y construir baterías de próxima generación que eliminen los desafíos materiales y aumenten la eficiencia. La nueva generación de baterías de iones de litio ya ha descartado el uso de cobalto, por ejemplo. Los científicos también han probado las baterías de sodio y azufre, fabricadas con materias primas más baratas y abundantes. Y las baterías de estado sólido que, como su nombre indica, reemplazan el electrolito líquido con compuestos sólidos y pueden ofrecer una alternativa más ligera, estable y de carga más rápida.

Las previsiones sugieren que los vehículos eléctricos alcanzarán la paridad de precios con los coches de combustión interna en tan solo unos años, lo que acelerará su adopción. Además, los expertos predicen una rápida expansión, consolidación y experimentación en la fabricación de baterías a medida que los países y las empresas compiten por una posición entre la docena de jugadores dominantes del sector. El pequeño trayecto que realizan los iones entre los cátodos y los ánodos de las células de la batería se convertirá en uno de los más importantes de la próxima década.

Tecnología y Sociedad

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