Las bateras son el elemento fundamental de hbridos y elctricos. En ellas est la clave de su viabilidad tcnica y econmica, el principal problema y, por tanto, tambin el mayor desafo tecnolgico dentro de este tipo de planta motriz que parece condenada a conquistar el mundo a cmara lenta.Las bateras constituyen ya el presente y tal vez el futuro del coche elctrico, por lo que es fundamental empezar a conocerlas con detalle.Para impulsar un vehculo mediante electricidad es necesario poder generar o transportar enormes cantidades de energa elctrica dentro del propio vehculo. La generacin de energa elctrica a travs de una pila de combustible de hidrgeno, ya tratada en esta misma serie de artculos, se presenta como una posible solucin a bastante largo plazo. Mientras tanto, las bateras constituyen ya el presente y tal vez el futuro del coche elctrico por lo que es fundamental comprender su funcionamiento, sus limitaciones, su situacin tecnolgica actual y sus perspectivas de futuro.Fundamentos bsicos de una batera

Empezamos con lo bsico.Una batera es un conjunto de clulas, en cada una de las cuales tiene lugar una reaccin qumica reversible en la que se produce un intercambio de iones y electrones entre sus dos polos. En la direccin de descarga, se produce una corriente elctrica que es capaz de mover el motor elctrico que impulsa el coche, mientras que en la direccin de recarga iones y electrones vuelven a su situacin original a partir de un aporte de energa externo.Las dos caractersticas fundamentales, que determinan el comportamiento, rendimiento y duracin de una batera son, por un lado, los elementos qumicos escogidos para dar lugar a la reaccin dentro de cada clula y, por otro, la electrnica que controla todo el proceso de descarga y recarga. Este artculo se centra exclusivamente en la parte qumica.Las clulas de la batera son su parte esencial, determinando su coste y rendimiento, de forma que la mayora de los esfuerzos investigadores se encuentran actualmente dirigidos a mejorar este elemento clave. Cada clula consta de un ctodo (electrodo positivo) un nodo (electrodo negativo) y un electrolito, que separa ambos electrodos y constituye el medio neutral para la transferencia de carga dentro de la clula.Antes de entrar en las diferentes qumicas posibles, cabe decir que las clulas pueden adoptar forma prismtica, cilndrica o de plancha, aportando diferentes ventajas e inconvenientes en cuanto a densidad energtica, disipacin del calor y aprovechamiento del espacio, que las convierten en ms o menos adecuadas para los diferentes usos.ltimamente, parece darse por sentado que las bateras de Ion-Litio son las ms adecuadas para el uso automovilstico, y posiblemente sea as. No obstante, no es esta la nica posibilidad que existe y, de hecho, las propias bateras de Ion-Litio constituyen una amplia familia de opciones qumicas diversas que slo comparten entre s el Litio como elemento fundamental, pero no el resto de elementos implicados.Existen tres tipologas de bateras, atendiendo a su qumica, cuyo desarrollo actual las hace adecuadas para alimentar el motor de un coche elctrico: las bateras de Plomo cido, las bateras de Metal-Nquel y, finalmente, las bateras de Ion-Litio. Escoger entre los diferentes tipos de bateras es siempre una decisin de compromiso entre densidad energtica, potencia especfica, costes, seguridad y durabilidad.Las bateras de Plomo-cido son la opcin de bajo coste, y se han utilizado durante dcadas para arrancar nuestros motores de combustin. Entre sus ventajas, adems del bajo coste y estandarizacin universal, se encuentran su buena potencia especfica (W/kg), buen comportamiento en un amplio rango de temperaturas, buena retencin de la carga en el tiempo y son relativamente fciles de reciclar. Slo pueden almacenar unos 40 Wh/kg, una densidad energtica muy pobre como veremos ms adelante.Las bateras de Nquel-Metal han sido las preferidas por el archiconocido Toyota Prius durante sus ms de 10 aos de historia, por lo que han demostrado sobradamente su capacidad para responder con solidez en las entraas de un hbrido no enchufable. Su potencia especfica es correcta, su ciclo de vida largo y no presentan problemas medioambientales, mientras que tienen un alto ndice de descarga en periodos de inactividad (pierden el 30% de la carga en un mes paradas) y su coste de produccin es algo elevado por incorporar tierras raras en el electrodo positivo. Sus 60 Wh/kg las hace superiores a las de Plomo-cido, pero las mantiene todava cierta distancia del Litio, que, no en vano, es el ms ligero de los elementos de la tabla peridica que no es un gas a temperatura ambiente.Su voltaje, densidad energtica, potencia especfica, carga utilizable, eficiencia de recarga y ciclo de vida son muy superiores a las de sus dos rivales, al tiempo que su ndice de descarga es mucho menorLas bateras de Ion-Litio, de las que existen muchas variedades, parecen estar llamadas a prevalecer, pues sus caractersticas tcnicas ms importantes mejoran sustancialmente a las dos opciones anteriores, si bien introducen tambin algn que otro problema en la ecuacin. Su voltaje, densidad energtica, potencia especfica, carga utilizable, eficiencia de recarga y ciclo de vida son muy superiores a las de sus dos rivales, al tiempo que su ndice de descarga es mucho menor.Como inconveniente, cabe sealar su menor robustez ante variaciones de voltaje, que obliga a incorporar costosos sistemas de gestin de las bateras para su proteccin y correcto funcionamiento. De ello y de su propia composicin qumica se deriva un coste de produccin tambin mayor que sus rivales, tema a tener muy en cuenta dada su extrema relevancia en la competitividad del coche elctrico.Las diferentes bateras de Ion-Litio tienen en comn entre s la utilizacin, en general, de un nodo de Litio-Carbono y difieren entre s en el xido de litio que utilizan en el ctodo. Cada qumica da lugar a un diferente conjunto de caractersticas tcnicas y, por tanto, aunque hablamos constantemente de bateras de Ion-Litio como si fueran una nica cosa, estamos utilizando probablemente una denominacin demasiado genrica y que abarca muchas posibilidades, entre las que se encontraran las siguientes ya desarrolladas con la tecnologa actual:Bateras de Litio-Cobalto (Li Co O2) Densidad energtica 170-185 Wh/kgEstas son las ms extendidas para dispositivos mviles como telfonos u ordenadores porttiles, pero son difcilmente utilizables en coches porque slo aguantan unos 500 ciclos de recarga y en caso de accidente y rotura pueden generar reacciones exotrmicas que desemboquen incluso en incendio, lo que sera demoledor para su imagen, por improbable que sea el suceso.Bateras de Litio-Hierro-Fosfato (Li Fe P O2) Densidad energtica 90 125 Wh/kgSon las ms seguras, por tener la mayor estabilidad trmica y qumica. Su densidad energtica est en la zona baja, pero se pueden considerar un salto adelante en seguridad y tambin en durabilidad, con hasta 2.000 ciclos de recarga. Son tambin las ms baratas, junto con las de cobalto, pero estas s se pueden emplear en automocin para mover hbridos y elctricos puros sin riesgos.Bateras de Litio-Manganeso (Li Mn2 O2) Densidad energtica 90 110 Wh/kgTambin son ms estables trmicamente que las de cobalto y soportan un mayor voltaje, pero se encuentran de nuevo con una inferior densidad energtica. El manganeso no es contaminante.Bateras de Litio-Nquel-Cobalto-Manganeso (Li Nix Coy Mnz O2) Densidad energtica 155 190 Wh/kgExcelente compromiso entre muy buen rendimiento y coste razonable, se empiezan a utilizar en coches elctricos masivamente. Soportan 1.500 ciclos y voltajes de los ms altos.Bateras de Litio-Titanio (Li4 Ti5 O12) Densidad energtica 65 100 Wh/kgSon las ms duraderas, pues aguantan hasta 12.000 ciclos de recarga (unas 10 veces ms que cualquiera de las otras) pero su densidad energtica actual es baja y su coste, muy elevado.Conclusiones

Cada una de las opciones representa siempre una relacin de compromiso entre sus diferentes prestaciones, sin existir una opcin claramente vencedora en todos los aspectosLas bateras necesarias para mover un coche estn sometidas a un nivel de exigencia brutal. Por un lado, deben ser capaces de contener una elevada carga con la menor masa posible (densidad energtica) para poder competir con la gasolina en la medida de lo posible y salvando las enormes distancias que existen entre ambas formas de almacenamiento energtico. Por otro lado, deben soportar rangos de temperatura muy amplios, posibles accidentes y miles de ciclos de recarga.Existen en el mercado numerosas variantes qumicas de las que aqu slo hemos recogido las ms utilizadas. La lista est abierta a nuevas incorporaciones, fruto de la investigacin, pero parece claro que cada una de las opciones representa siempre una relacin de compromiso entre sus diferentes prestaciones, sin existir una opcin claramente vencedora en todos los aspectos.El camino que han de recorrer estos depsitos de energa qumica es an muy largo y tortuoso, pero conviene ir conociendo las diferentes variantes que existen, a las que se irn sumando otras combinaciones, para poder seguir la evolucin en este importante terreno de innovacin tecnolgica.Combustible o bateras?

Como indicaba en el anterior artculo, uno de los grandes problemas de los actuales automviles elctricos es su limitada capacidad de almacenaje de energa, debido a las caractersticas de las bateras. Incluso contando con motores con rendimientos muy superiores, a la tecnologa actual de los vehculos elctricos an le queda mucho camino por recorrer para poder equipararse con los vehculos de motor de combustin.

Vamos a verlo con nmeros haciendo un anlisis cuantitativo. De acuerdo con las cifras indicadas en el artculo de la wikipedia sobre la gasolina, sta genera una cantidad de energa de 34.78 MJ/l en su combustin. El gasoil genera 38.65 MJ/l. Vamos a calcular los valores de energa en kWh (1 kWh = 3.6 MJ) dado que es una medida ms comunmente utilizada en el mundo de la automocin.Si tomamos como referencia que un vehculo tiene un depsito de 55 litros, esto nos permite obtener las siguientes cifras:gasolina: 55 l * 34.78 MJ/l * 1/3.6 kWh/MJ = 532 kWhgasoil: 55 l * 38.65 MJ/l * 1/3.6 kWh/MJ = 590 kWhEsta es la potencia terica que podra llegar a dar esa cantidad de combustible. Sin embargo, los motores de combustin tienen unas bajas cifras de rendimiento (segn este artculo, del orden de 25% los de gasolina y 30% los de gasoil), de modo que la cantidad de energa que finalmente puede ser aprovechada como fuerza motriz se reduce sustancialmente, obteniendo:gasolina: 532 kWh * 0.25 = 133 kWhgasoil: 590 * 0.3 = 177 kWhEs decir, en un vehculo de motor de combustin con el depsito lleno, disponemos de las cantidades de energa indicadas para realizar desplazamientos del vehculo. Veamos ahora de qu cifras podemos hablar en el caso de un vehculo elctrico. Tomaremos como ejemplo el Nissan Leaf, dado que es un vehculo actual y podemos obtener lasespecificacionesde sus bateras (300 kg de bateras con una densidad energtica de 140 Wh/kg, o lo que es lo mismo, 0.14 kWh/kg)

EV: 300 kg * 0.14 kWh/kg = 42 kWhPero incluso este valor es demasiado optimista. Segn las especificaciones oficiales del vehculo, ste almacena 24 kWh de energa. Aplicando el factor de 140 Wh/kg resulta que hay una carga til de bateras de unos 172 kg. Podemos entenderlo como que de los 300 kg que pesa el pack, 172 son de producto qumico que realmete almacena carga y el resto (unos nada despreciables 128 kg) son estructura,armazn, conexiones, cableado, electrnica de control y, en su caso, sistemas de refrigeracin. As pues:EV: 24 kWhPor otra parte, dadas las caractersticas de las bateras de litio, stas no se deben de agotar en su totalidad, ya que de hacerlo, se daan de forma irreversible. Los EV con este tipo de bateras estn concebidos para no agotar las bateras y dejar de funcionar cuando la carga restante alcanza unos umbrales que, en caso de sobrepasarse, podrian llegar a deteriorar la batera. Para el vehculo en cuestin, el fabricante da unas cifras de carga til aprovechable de:EV:20 kWhEsta cantidad mxima de energa es un orden de magnitud inferior a la que nos encontramos en vehculos con motor de combustin. La gran ventaja del motor elctrico es que tiene un rendimiento muy elevado (del orden del 90 al 95%). Por otra parte, la energa de las bateras no pasa directamente a alimentar el motor sino que es gestionada por un mecanismo de electrnica de potencia (el inversor) en el que tambin se producen algunas prdidas. Podramos asumir que el conjunto motor del vehculo + inversor tienen un rendimiento conjunto del 90%EV: 20 kWh * 0.90 = 18 kWhPodemos observar que la energa disponible para movernos es del orden de un 10% ~ 15% de la que disponemos en el caso de tener un vehculo con motor de combustin. Por otra parte, con respecto al peso, considerando las densidades de ambos combustibles:gasolina: 55 l * 0.680 kg/l = 37.4 kggasoil: 55 l * 0.850 kg/l = 46.7 kgCon estos clculos, si finalmente representamos para cada tipo de almacenamiento de energa su peso y la energa til que se puede obtener del mismo, tenemos que:gasolina: 37.4 kg, 133 kWhgasoil: 46.7 kg, 177 kWhbateras: 300 kg, 18 kWhCon la ventaja de que conforme se va consumiendo el combustible lquido, se reduce el peso de ste, cosa que no sucede con las bateras, pues su peso no vara independientemente del nivel de carga que tengan.

Si volvemos al tema de la densidad de energa, esta vez con respecto al peso, encontramos los siguientes resultados:gasolina:14.22 kWh/kggasoil: 12.63 kWh/kgbateras: 0.14 kWh/kgNos encontramos con que los combustibles lquidos tradicionales almacenan una cantidad de energa por unidad de masa dos rdenes de magnitud superior a la almacenada actualmente en algunos vehculos elctricos disponibles en el mercado. A pesar de esta enorme diferencia, la autonoma de los vehculos con motor de explosin nicamente supera en un factor 4X o 5X a la que se obtiene en los modelos elctricos. Esto nos puede dar una idea de la enorme mejora en cuanto a eficiencia que conlleva el uso de energa elctrica.

Las previsiones son que a medio e incluso a corto plazo la densidad de energa que se puede acumular en bateras se va a ver incrementada de forma sustancial (se habla de 400 Wh/kg). En cualquier caso, este tipo de previsiones hay que tomarlas con mucha cautela.

[Actualizacin (15/04/2012): Se han modificado las cifras de carga elctrica almacenada ms ajustadas a los valores reales. Por otra parte, la capacidad energtica de los combustibles lquidos hay que interpretarla de forma cualitativa, pues distintas fuentes consultadas ofrecen valores numricos con notables discrepancias. ]

Los combustibles ms energticos

Los carburantes de origen fsil, como la gasolina y el gasleo, tienen una capacidad energtica 100 veces superior a la de las bateras de litio que alimentanlos coches elctricos. Gases como el butano y el propano superan a las pilas en80 veces, y alcoholes como el etanol, en60.Todos generan emisiones y no pueden ofrecer la potencia ecolgica de laelectricidad. Pero spermiten autonomas muy superiores, que es, paradjicamente, el punto flaco de los coches elctricos. Los coches elctricos no producen emisiones al circular y representan una forma limpia de movilidad. Sin embargo, siguen ofreciendo autonomas limitadas, de unos 150 kilmetros de media por carga. Los vehculos de combustin, en cambio, generan emisiones pero permiten recorrer, en promedio, unos 800 kilmetros por depsito (disel). La clave de la drstica diferencia est en la capacidad energtica de sus respectivas fuentes de alimentacin, y en cmo se aprovecha finalmente para desplazar un automvil.Segn datos de Battery University, la gasolina ofrece un potencial energtico por unidad de masa de 12.200 Wh/kg (vatios hora por kilo), y el gasleo, todava ms capaz, alcanza los 12.700. En cambio, una batera de litio manganeso se queda en 120 Wh/kg, 100 veces menos. Y una de litio cobalto, en150 Wh/kg. Estas son las principales composiciones utilizadas en las bateras de los coches elctricos actuales. En los laboratorios se trabaja actualmente en la bsqueda de nuevas composiciones que permitan incrementar la autonoma.

Pero el combustible de un automvil hay que almacenarlo, y el tamao de los 'recipientes' (depsito o bateras) determina la cantidad de energa que puede albergar un coche. Luego, la autonoma resultar de cmo aproveche el vehculo esa capacidad, en funcin de su mecnica, peso yaerodinmica.Comparando modelos elctricos y trmicos, y suponiendo pesos y aerodinmicas equivalentes, los elctricos barren en eficiencia mecnica: aprovechan el 90% de cada unidad de energa disponible, por apenas un 18% de los trmicos convencionalesy un casi 25% de los mejores hbridos. La problemtica radica en quesus 'recipientes' son ms limitados y ponen a su 'disposicin' mucha menos energa. De esta manera,el potencial energtico por unidad de volumen es otro valor fundamental para determinar el rendimiento final del carburante.Y bajo este prisma, la gasolina y el gasleo no solo vuelven a ser notablemente mejores que las bateras, sino que se convierten enlas fuentes energticas ms capaces para un automvil. La gasolina ofrece un potencial por unidad de volumen de 9.700 Wh/l (vatios hora por litro). Y el gasleo llega a 10.700 Wh/l, explicando que los modelos disel proporcionen autonomas superiores a los de gasolina. En cambio, una batera de litio manganeso aporta 280 Wh/l, y una de litio cobalto, 330 Wh/l.

Hay otras fuentes de alimentacin que, aunque no son desde luego la alternativa ms adecuada para vehculos a motor, ofrecen valores muy llamativos de energa. La grasa corporal, por ejemplo, alcanza el mismo potencial energtico por unidad de volumen que la gasolina: 9.700 Wh/l. Y el carbn de caldera llega a 9.400. En un automvil, el espacio disponible para albelgar la fuente de alimentacin es limitado, por lo que el combustible ideal ser el que aporte la mejor combinacin entre los dos valores: energa por masa y energa por volumen, es decir, la mayor densidad energtica. Y, de nuevo, ventaja clara de la gasolina y el gasleo sobre cualquier otra alternativa.Los gases, como el propano y el butano, apenas tienen peso, por lo que al reunir cantidad suficiente como para sumar un kilo, el potencial energtico registra valores muy elevados y superiores a los de la gasolina y el gasleo: 13.900 Wh/kg para el propano y 13.600 para el butano. Aunque luego, a igualdad de tamao del depsito, cunden menos, por su menor densidad energtica. Con las bateras sucede lo contrario, porque como su energa por kilo es baja, se necesitan bastantes kilos para proporcionar la cantidad de energa necesaria paramover un coche durante una cantidad razonable de kilmetros. El depsito de un modelotrmico actual es pequeo en relacin al tamao del vehculo (fotografa inferior), pero los mdulos de bateras de los coches elctricos son mucho ms grandes ysuelen ocupar cerca de la mitad de la superficie libre entre los ejes de ruedas delantero y trasero (segunda imagen inferior).

El inconveniente principal con los gases aparece al tratar de almacenarlosen un depsito, porque ah entra en juego la energa por unidad de volumen, que es ms reducida: 6.600 Wh/l para el propano y 7.800 para el butano. Y es que con valores de compresin comerciales, en un litro de volumen no entra el suficiente gas como para poder rivalizar con la gasolina y el gasleo. Se podran comprimir los gases a presiones enormes, pero entonces el coste y complejidad de losdepsitos se dispara exponencialmente.El gas natural (comprimido a 250 bares de presin) proporciona rendimientos por masa similaresal propano y el butano y otorga 12.100 Wh/kg, pero baja mucho por unidad de volumen: 3.100 Wh/l. A cambio, es mucho ms limpio, porque tiene menos cadenas de carbn y al quemarlo produce cantidades sensiblemente inferiores de CO2.El hidrgeno, el combustible limpio del futuro,parece prometedor y sobresale por su enormepotencial energtico por unidad de masa, porque es el elemento qumico ms ligero: en estado gaseoso, comprimido a 350 bares de presin, ofrece nada menos que 39.300 Wh/kg, y en estado lquido, 39.000. El pero: queal almacenarlo en depsitos el panorama cambia radicalmente, por su mnima energa por unidad de volumen: solo 750 Wh/l en estado gaseoso, aunque en estado lquido gana densidad energticay sube a 2.600.

Los coches de hidrgenoresultan esperanzadoresporque no contaminan y ofrecen autonoma superiores a los elctricos puros, o solo de bateras. Los mejores prototipos actualesrondan los 500 kilmetros de radio de accin. Los que funcionan con hidrgeno comprimido equipan clulas de combustible, que combinan el oxgeno del aire y elhidrgeno del depsito para producirelectricidad, y solo expulsan vapor de agua por el escape. Los de hidrgeno lquido, por el contrario, queman directamente el hidrgeno en el motor y generan ciertas emisiones, aunque casi nulas.Ante este panorama, lo ms lgico sera utilizar hidrgeno lquido, como ya ha hecho BMW en sus prototipos. Pero plantea desafos tcnicos importantes, porque para mantener el hidrgeno en ese estado hay que alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto, es decir, que se aproximen alos 273 grados centgrados negativos (-253C en BMW). Y un depsito as no sale precisamente econmico.

La inmensa mayora deprototipos, como los de Honda, Toyota, Mercedes, Nissan y Opel, trabajan con bombonas de hidrgeno comprimido, que llegan hasta700 bares de presin. Pero todava no es suficiente para ofrecer autonomas competitivas frente a los automviles de gasolina y gasleo actuales, aunque se est cada vez ms cerca.Casi todas las marcas mencionadas han puesto en circulacin unidades desde 2000 para ensayar la tecnologa en condiciones reales,aunque tanto BMW como Honda dieronun paso ms y comercializaron a finales de la pasada dcada, en rgimen de alquiler, una pequea serie de sus Serie 7 Hydrogen y FCX Clarity, respectivamente. A grandes rasgos, el principal escollo actual de estos vehculos es el coste, en torno al milln de euros por unidad. Por eso se alquilaron y no se vendieron.

Los combustibles fsiles son los ms sucios, pero tambin los ms energticos y, adems, asequibles. El eterno dilema. La Agencia Internacional de la Energa lleva aos alertando del permanente aumento de emisiones a nivel global, y de sus consecuencias sobre la subida de las temperaturas y el cambio climtico. Y paradjicamente de nuevo, la actividad humana que ms CO2 expulsa a la atmsfera es la produccin de electricidad en centrales.A continuacin se sitan las industrias y las calefacciones domsticas y, despus, el sector transporte.

En la siguiente tabla se pueden comparar los valores de energa que otorgan diversos combustibles, incluidos algunos de uso ancestral como el carbn y la madera. Las bateras de litio se emplean en los coches elctricos modernos, mientras que las de nquel son las ms habituales en los modelos hbridos. Las bateras de plomo, por su parte, son las tradicionales, las de pequeo tamao que llevan todos los automviles. Combustible Energa por volumen (Wh/l) Energa por masa (Wh/kg)Gasleo 10.700 12.700Gasolina 9.700 12.200Grasa corporal 9.700 10.500Carbn 9.400 6.600Butano 7.800 13.600Propano 6.600 13.900Etanol 6.100 7.850Metanol 4.600 6.400Gas natural (a 250 bares) 3.100 12.100Hidrgeno lquido 2.600 39.000Hidrgeno (a 350 bares) 750 39.300Madera (valor promedio) 540 2.300Batera litio cobalto 330 150Batera litio manganeso 280 120Batera nquel metal hidruro 180 90Batera plomo cido 64 40Aire comprimido 17 34

Un galn de gasolina recargara un iPhone diariamente durante casi 20 aos

Un galn americano de gasolina (3,79 litros) podra recargar un iPhone una vez al da durante casi 20 aos. Esta frase de formidable calado, hallada en la web de ExxonMobil, merece una reflexin sobre densidad energtica.A qu distancia est la gasolina de las bateras? Pues a mucha, mucha, muchaA menudo hablamos de densidad energtica como el principal problema de las bateras, pero pocas veces ponemos en perspectiva la verdadera distancia que existe entre un tanque de combustible y una batera elctrica. La densidad energtica es la cantidad de energa por unidad masa (o de volumen) que contiene un depsito, ya almacene un lquido, un gas, o electrones deseosos de cambiar de polo generando una corriente elctrica. A qu distancia est la gasolina de las bateras? Pues a mucha, mucha, mucha

Para empezar, un poco de perspectiva. La aparente facilidad con la que se mueve un coche convencional nos hace olvidar a menudo la increble cantidad de energa que hace falta para acelerarlo. Todo el que haya empujado alguna vez un coche, sin embargo, se habr dado cuenta de lo difcil que es ponerlo en movimiento; incluso empleando todas las fuerzas de un ser humano apenas se traduce el esfuerzo en movimiento. Cmo es posible que el motor lo ponga a 100 km/h en un puado de segundos?La aparente facilidad con la que se mueve un coche convencional nos hace olvidar a menudo la increble cantidad de energa que hace falta para acelerarloPor supuesto que el motor genera muchsima ms fuerza que una persona, la cuestin es de dnde sale la energa necesaria para generar esa fuerza. De nuevo, la respuesta obvia es que sale del combustible que se quema pero cmo puede caber tantsima en el depsito?Ninguna batera de iones de litio alcanza los 200 Wh/kg; la gasolina supera los 12.000 Wh/kg. No os molestis en hacer la divisin, hablamos de una relacin superior a 60:1. Incluso teniendo en cuenta el mejor aprovechamiento de la energa que consigue un motor elctrico (ms del doble de eficiente que un diesel o gasolina) seguimos hablando de un almacenamiento efectivo ms de 30 veces superior.La siguiente pregunta bien podra ser si la evolucin tecnolgica de las bateras podr estrechar esta increble distancia. La respuesta es que s, pero no del todo, ni con lo que sabemos ahora ni con lo que suponemos ahora que se podr conseguir en el futuro.

Veamos algunos ejemplos. Las bateras de Zinc-aire, actualmente en desarrollo y con mltiples problemas an por resolver, aspiran a una densidad energtica terica de 1.370 Wh/kg (real 430 Wh/kg), algo as como 10 veces menos que la gasolina. Las bateras de Litio-azufre, en la misma situacin de desarrollo pendiente, podran alcanzar los 2.600 Wh/kg, real entre 500-1000 Wh/kg. Por ltimo, las bateras de Litio-aire (escasez del litio la ubicacin de las minas en pases como Afganistn o Bolivia va a obligar a cambiar hacia otros materiales como el sodio, el magnesio o el zinc) , al menos a 10 aos de ser viables como alternativa, tienen una densidad mxima terica de 5.000 Wh/kg, real entre 500-1000 Wh/kg AdemsAluminio-aire: terica 6000-8000 Wh/kg , real entre 500-1000 Wh/kg Adems de agua, consume aluminio (25kg/1000Km). El coste por Km antes de impuestos andar entre el doble o el triple que el de la gasolina. El (consume aluminio (25kg/1000Km). El aluminio al reciclarse requiere enormes cantidades de energa elctrica)A da de hoy, el ratio de almacenamiento energtico gasolina/bateras se mantiene por encima de 60:1 y sube con agnica lentitudCabe recordar, por ltimo, que en cualquiera de los casos mencionados estamos hablando prcticamente de ciencia-ficcin si tenemos en cuenta los problemas que tienen an por resolver todas estas tecnologas. A da de hoy, el ratio de almacenamiento energtico gasolina/bateras se mantiene por encima de 60:1 y sube con agnica lentitud.Como conclusin, casi inevitable, podramos decir que seguiremos quemando derivados del petrleo como fuente de energa durante muchos aos, especialmente en el transporte por carretera. La razn es que la concentracin energtica que atesoran resulta inalcanzable para un coche a bateras, incluso en el ms largo plazo, y este es un problema vital cuando hablamos de vehculos que deben transportar en su interior la energa que consumen.

Cabra pensar que la tecnologa que eliminar el petrleo como fuente de energa an no ha sido concebida siquieraTan lejos estamos, que cabra pensar que la tecnologa que eliminar el petrleo como fuente de energa an no ha sido concebida siquiera, y no me refiero a otros tipos de bateras o pilas de combustible, sino a algo totalmente diferente. Algo que nadie ha imaginado an.Me temo que hay tiempo de sobra para algo as que suceda.Fuente: ExxonMobil | Global autos: dont believe the hype analyzing the costs & potential of fuel-efficient technology Bernstein Research & Ricardo Informe impresoEn Tecmovia: Bateras de coches elctricos e hbridos, hoy [estado de la tecnologa del automvil] | Litio, el nuevo oro?

El sodio es limpio y la fuente natural es inagotable Telfonos mviles, porttiles, maquinillas de aseo o coches elctricos: todos tienen en comn que portan bateras de litio-in o in de litio. Son las ms utilizadas por la alta densidad energtica que ofrecen, y en el caso de las polimricas, por la flexibilidad morfolgica, lo que ha permitido que hoy en da cada dispositivo tenga una batera de tamao y peso reducido con forma propia, no estandarizada. Sin embargo, es un metal escaso y no es ptimo cuando ni el tamao ni la forma son lo ms importante, como en los acumuladores de plantas de energa, es decir, para el almacenamiento en red.Desde el centro de investigacin cooperativa sobre energa CIC Energigune, junto a Vitoria, se coordinan varios proyectos que buscan crear sistemas de almacenamiento de energa eficientes y seguros a partir de sodio, un elemento con menor densidad energtica que el ltio pero abundante en la naturaleza.El director del rea de almacenamiento de energa es Tefilo Rojo, con el que hemos hablado sobre el avance en las investigaciones, sus posibles aplicaciones en consumibles o la repercusin para la industria y para el medio ambiente.Las bateras de litio siguen teniendo futuro o van a ser sustituidas a corto o medio plazo?Las bateras de litio van a tener futuro porque son las que tienen mayor densidad energtica. Ya sean las bateras de litio-in, de litio-aire o de litio-azufre. El problema que hay con l es que al cabo de unos aos habr escasez y los pases que fundamentalmente tienen minas ahora son Chile, Bolivia y se han encontrado tambin varias en Afganistn. Estos dos ltimos son pases que pueden afectar significativamente al mercado y desde ese punto de vista de la escasez, mi opinin personal es que el litio debe dedicarse a bateras para vehculo elctrico, mviles u ordenadores porttiles.Tambin se pueden utilizar bateras de litio para almacenamiento en red, pero se estn estudiando alternativas como las bateras de sodio y probablemente en el futuro tambin las de magnesio, y ya estamos muy avanzados. Partiendo de que el sodio es limpio, la fuente natural es inagotable porque tenemos fuentes marinas, es decir, se puede obtener cloruro sdico de diversas fuentes baratas y por tanto no sera un problema. Aunque eso no quiere decir que no sea contaminante.Desde el punto de vista de densidad energtica, el sodio no es competitivo con el litio, pero se ahorraran costes por lo que se podran sacar bateras de bajo coste. En cambio, al tener baja densidad energtica, las bateras tendran que ser ms grandes en tamao, en volumen, para la misma duracin. Por eso, para almacenamiento en red aplicado a las energas renovables como las elicas o las solares en las que el sistema de almacenamiento no es tan importante, seran totalmente utilizables.

Cul es el mayor escollo que afrontan para crear bateras de socio para ser comercializadas?Hay bateras de sodio ya comercializadas, las bateras de sodio-azufre y las bateras de sodio-metal haluro llamadas Zebra. Estas bateras trabajan a 300C y por tanto tienen ciertos problemas de seguridad.Nosotros nos estamos centrando en bateras de sodio-in, es decir, para trabajar a temperatura ambiente. En ellas, la qumica es como las bateras de litio-in, pero aplicadas a sodio-in. Tambin hay una tendencia de rebajar la temperatura de las bateras de sodio, sodio-azufre, etc, para trabajar a temperaturas intermedias, es decir, 120C a 150C y de hecho hay varios grupos de investigadores en lugares como Estados Unidos o Japn que ya estn trabajando en ello.Siempre que trabajemos como sodio metlico hay que fundirlo, hay que superar su temperatura de fusin que son unos 98C. Por tanto siempre que trabajemos como sal de sodio fundida tenemos que estar por encima de esa temperatura.Cmo avanza la investigacin para lograrlo?Se ha venido trabajando en varios grupos muy dispersos. Nosotros publicamos en la revista EES (Energy & Environment Science) en febrero de 2012 y ah recopilbamos los distintos trabajos por los que apostamos en el CIC Energigune. A partir de esa publicacin ya se han referenciado ms de 160 trabajos, 160 citas. En estos momentos los mejores centro del mundo en China, Japn, Europa o Estados Unidos estn introducindose ya en esta lnea del sodio-in. Lo que se proyecta con estas investigaciones es obtener bateras de sodio a bajo coste para almacenamiento estacionario.Queda mucho todava, pero como la qumica de intercalacin del sodio es muy similar a la del litio, los materiales utilizados en uno se pueden reutilizar en otro para los electrodos, y ah ya tenemos un camino recorrido. No siempre es as, porque por ejemplo, el litio intercala bien en grafito y no el sodio, pero para eso ya se estn extendiendo a otro tipo de nodos en los que la intercalacin se lleva a cabo bien. Por tanto, la investigacin sobre el sodio-in est en los inicios pero tiene donde apoyarse y lo nico que hay que lograr es trabajar a bajas temperaturas.Hay algunas empresas de vehculo elctrico como Toyota que tambin estn pensando en este tipo de bateras para vehculos hbridos, no para elctricos 100% ya que esos deben utilizar bateras litio-aire, zinc-aire o litio-azufre que puedan compensar esa falta de densidad energtica.Vamos camino de sustituir al petrleo con bateras 100% elctricas?El problema que hay ahora con las bateras de litio es que las prestaciones que tiene un vehculo completamente elctrico son 100 o 120 kilmetro de autonoma, pero para poder competir con un vehculo de gasolina habra que aumentarla. Eso lo pueden hacer las nuevas lneas de litio o incluso las zinc-aire.Todava queda bastante camino por recorrer porque hay otro problema que aun no hemos superado, el del precio de la batera. Actualmente supone la mitad del coste del vehculo por tanto no son competitivas, aunque con el tiempo creo que lo sern.En cuanto a plazos, las litio-azufre se espera que estn en el mercado en cuatro o cinco aos, pero no as las de litio-aire, que son las que mejores prestaciones pueden dar por su mayor densidad energtica, alcanzando los 500 kilmetros sin repostar. Sin embargo, hay algunos elementos de qumica bsica que aun no tenemos controlados y podramos estar hablando de 20, 25 o 30 aos ms.Y de duracin y ciclo de carga?En cuanto a la duracin de la batera, para que sea competitiva debe alcanzar al menos siete aos. En cuanto a la recarga, hay sistemas que requieren tan solo 20 minutos. Pero tambin hay otros procedimientos como el que utiliza una empresa que alquila coches en Pars, en el que directamente se cambia una batera por otra en los centros que tienen habilitados en lugar de que tenerte esperando a que se recargue.Una de las ventajas de algunas bateras de litio es que dan flexibilidad de diseo al fabricante. Qu ocurre con las de sodio?Es exactamente igual. De hecho, ya estamos trabajando con electrolitos polimricos para bateras de sodio todo slido, es decir, para tener un electrolito polimrico. Nosotros ya tenemos una publicacin y una patente relacionada con un electrolito polimrico que puede ser utilizado en bateras de sodio, pero tambin hay otros grupos de investigadores que han encontrado otros materiales que pueden ser utilizados como electrolitos y en una ventana de hasta 4,1 voltios, lo cual es bastante competitivo.Se vuelve a hablar de las bateras de azcar.Los cientficos estamos condicionados por el medio ambiente y hay grupos que estn trabajando en bateras orgnicas y en bateras limpias constantemente. Las bateras orgnicas tienen elementos ms limpios pero tienen otros inconveniente como la inestabilidad tcnica, mecnica y menores prestaciones.La ciencia evoluciona y lo que lleguen a encontrar unos equipos que hacen investigacin bsica, como un material adecuado, puede transformar de forma significativa la evolucin de los procesos, tanto en bateras como en supercondensadores como en pila de combustible en los que es muy importante el material.Cmo afectar el paso al sodio a la contaminacin y al reciclaje?En el caso del in-litio ese problema de la escasez ha ayudado a que surjan empresas que hacen reciclado y creo que cada vez va a ir a ms. Pero es un aspecto que en el caso del sodio no es determinante porque es muy abundante y va a ser competitivo desde el punto de vista del mercado.Por otro lado, hay otra ventaja en el colector de corriente. En el caso de las bateras de litio se necesita cobre mientras que en el sodio se puede utilizar aluminio como colector de corriente, lo cual abarata tanto el precio como el peso de la batera. Da mejores prestaciones. Sin embargo, tambin hay algunos electrolitos que si no son en estado slido son disolventes orgnicos y esos siempre tendrn contaminacin o inflamabilidad. Algo que se mejora con el estado slido.Tampoco dira que la gente se va a olvidar del aspecto contaminante de la batera por la abundancia del sodio. La gente que trabajamos en este campo somos conscientes de que tenemos que hacer lo mximo posible para evitar contaminacin o al menos disminuir al mximo el riesgo de contaminacin.Pero hay otro factor medioambiental interesante que no se puede pasar por alto. En el campo de las energas renovables el almacenamiento juega un papel esencial, sobre todo en energa trmica y energa elctrica, porque el factor tamao-densidad es menos importante. Por eso se est apostando bastante por estos sistemas.Trabajan y colaboran con departamentos de marketing de grandes compaas para enfocar la investigacin a las caractersticas de los productos?Para nuestro centro es algo muy importante. Ya tenemos proyectos industriales con multinacionales como Volkswagen o Repsol. Para nosotros la empresa que va a utilizar o aplicar el resultado de nuestra investigacin es importante.Dentro de nuestro centro, uno de los aspectos bsicos es llegar al escalado, al prototipado y hacer esa transferencia tecnolgica a las empresas.Cada una pide un tipo de escalado dependiendo de lo que estn buscando. Si es una batera para ordenadores o para telfonos mviles los parmetros son distintos que si ests utilizando una batera para almacenamiento estacionario. Y dependiendo de la empresa con la que colaboras los objetivos tambin cambian porque, por ejemplo, en unos casos te piden potencia y en otros densidad de energa.Cundo veremos un telfono con una batera que dure una semana o un coche con una autonoma de 500 Km?No a corto plazo.