Te contamos sobre las baterías de azufre, sus ventajas y cómo podrían cambiar el mercado de los automóviles. Otra batería más en la carrera por desbancar al litio que es la más usada en la actualidad pero cara y escasa en un próximo futuro.
Los autos eléctricos están cada vez más cerca de llegar al gran público. El alto precio de la gasolina, la búsqueda por una energía más limpia y la crisis de combustibles fósiles se han unido para provocar avances en la investigación y la comercialización de estos vehículos. Ahora cada vez se ven más cargadores en los centros comerciales y su uso los hace ganar una buena reputación como amigables con el medio ambiente y conscientes de la crisis energética y ambiental.
Los problemas del coche eléctrico
Pero a pesar de su apariencia tecnológica y moderna, los vehículos eléctricos tienen sus detractores. Algunos argumentan que no son tan fiables como los de gasolina, ya que un tanque de combustible puede durar hasta 600 km, mientras que una sola carga de una batería eléctrica alcanza solo la mitad de esa distancia. Sin embargo, investigaciones recientes han encontrado una solución para esto en el uso del azufre. A pesar de que a muchos nos gusta la idea de los autos eléctricos, hay cierta desconfianza sobre su fiabilidad, ya que si el auto es de gasolina, uno sabe que en cualquier lugar hay una gasolinera.
Si llenas el tanque de gasolina de tu vehículo antes de salir de carretera, puedes recorrer largas distancias y encontrar una estación de servicio si es necesario. Mientras tanto, los autos eléctricos todavía responden más a la tendencia que a las necesidades reales. Sus baterías no alcanzan grandes distancias y la disponibilidad de recarga no es tan masiva como la red de gasolineras.
Para abordar estos desafíos, los científicos están investigando baterías eléctricas, buscando formas de aumentar su capacidad y evitar pérdidas durante la carga. La empresa de Elon Musk, Tesla, se ha posicionado como el líder en el desarrollo y fabricación de vehículos eléctricos. Si evaluamos la capacidad de carga de sus baterías antes de agotarse por completo, encontraremos que pueden durar desde 300.000 hasta 500.000 millas, lo cual puede ser una distancia suficiente antes de necesitar cambiar la batería. Esto, sin embargo, suele ser caro y hace que muchos se pregunten si vale la pena comprar un auto eléctrico.
¿Quién quiere un coche que le cause problemas? Esto se vuelve aún más problemático cuando sumamos el hecho de que la batería pierde capacidad de carga a medida que se la recarga. Estudios realizados en 2019 a los modelos Tesla S y X mostraron que después de recorrer 200.000 millas, los módulos de batería solo contenían el 80% de la carga. Esto es similar a lo que sucede cuando compras un teléfono nuevo.
Se sabe que la batería de un teléfono móvil tiene una duración limitada, aunque la cantidad de aplicaciones descargadas influya en su vida útil, en realidad es un proceso natural de desgaste. Los fabricantes de dispositivos pueden dar una mayor tranquilidad al usuario si ofrecen garantías de seguridad, como por ejemplo Tesla, que asegura una retención mínima del 70% luego de 8 años o 100-120 mil millas de uso. Los estudios han encontrado que luego de las primeras 50 mil millas, la batería pierde un 5% de su retención de energía, por lo que el porcentaje máximo de carga se reduce a 85%. Para un viaje a carretera, el rendimiento de un Tesla depende de diversos factores, como la temperatura, velocidad o altura, además de alcanzar una distancia promedio de 262 millas por carga. Para incrementar la duración de la batería se debe hacerla más grande, lo que aumenta el rendimiento pero también el peso en el vehículo. Por ejemplo, el modelo S Long Range Plus llega a 651.6 kilómetros con una sola carga, lo cual permite un recorrido de Ciudad de México a Guadalajara.
Esto también hace que el precio del vehículo sea más alto, lo que lo hace menos competitivo en términos financieros. Debido a estos desafíos, Elon Musk ha expresado que sus investigadores trabajan en baterías con una duración de hasta un millón de millas, 1.6 millones de kilómetros. Desafortunadamente, todavía no se encuentran en el mercado, pero solo la mención de este alcance como objetivo ha despertado el interés en este tipo de vehículos.
La investigación comenzó hace aproximadamente cuatro años, y un estudio realizado en 2020 por Jeff Dahn, uno de los principales expertos en baterías de iones de litio, ofrece detalles sobre una batería con un rango similar. Este proyecto se financió con fondos de Tesla, y señala un aumento de los ciclos de carga de 1.000 a 4.000, experimentando con diferentes combinaciones de cátodos y materiales electrolíticos. Esta batería tendrá un bajo costo y se probará primero en el mercado chino, ya que Tesla y el gigante chino de baterías, Contemporary Amperex Technology Co., Ltd., CATL, están trabajando juntos en la producción. CATL anunció en 2020 que estaban listos para lanzar baterías con una vida útil de 16 años y 1.2 millones de millas. Esto significaría una reducción en el costo por kilovatio hora a menos de 100 dólares. Aún no está claro cuándo se lanzarán estas baterías de larga duración, pero todo parece indicar que están muy cerca.
¿Cómo se producirán suficientes baterías para la transición a vehículos eléctricos?
Aunque los avances en la fabricación de baterías para automóviles están dando resultados, también se necesita una cantidad enorme de baterías para satisfacer la demanda actual, si se quiere que la mayor cantidad de personas cambie su vehículo por uno eléctrico. General Motors anunció el cese total de su producción de autos con motor a gasolina para 2035, es decir, dentro de 13 años, por lo que se debe acelerar la producción de vehículos eléctricos a nivel mundial. ¿Cómo se puede lograr este objetivo? Sí, es un mandato acelerar la fabricación de autos eléctricos para hacer frente a la contaminación generada por los combustibles fósiles, pero los materiales que se usarán para estas baterías aún no han sido extraídos de la Tierra, lo cual genera un problema de costos y fabricación que genera incertidumbre sobre el futuro del transporte.
En la carrera por un mundo donde los vehículos eléctricos sean la norma, los científicos se enfrentan a dos grandes desafíos. Uno es reducir los metales de las baterías, que causan un gran daño ambiental debido a la forma en que son extraídos. El segundo es mejorar el reciclaje para que los componentes valiosos de las baterías usadas puedan reutilizarse. Según Kwasi Ampofo, ingeniero de minas y analista de metales y minería, el reciclaje será una parte importante de esta transición, aunque es un proceso costoso.
Las empresas fabricantes de autos eléctricos y baterías prefieren extraer los minerales necesarios para su manufactura. Sin embargo, algunos gobiernos ofrecen incentivos económicos para recuperar las baterías, lo que promueve una mejor solución. Una batería NM6-532 común contiene aproximadamente 8 kilogramos de litio, 35 de níquel, 20 de manganeso y 14 de cobalto. El funcionamiento de una batería de iones de litio requiere que los iones de litio se muevan entre el ánodo, donde se encuentran los metales más valiosos, y el cátodo, pasando a través del electrolito.
Aunque hay quienes piensan que el litio es un recurso limitado, hay 21 millones de toneladas de reserva de litio, cantidad más que suficiente para satisfacer la demanda de autos eléctricos hasta mediados del siglo XXI. Las reservas son un concepto moldeable, ya que representan la cantidad de un recurso que se puede extraer económicamente a los precios actuales y con la tecnología y los requisitos reglamentarios actuales.
¿Cuáles son las ventajas de fabricar baterías de azufre?
Dado que la demanda de automóviles eléctricos está aumentando, también lo está la producción de litio, lo que resulta en un aumento del precio de los vehículos eléctricos y una escasez temporal de este mineral. Existen varias formas de extraer litio, uno de ellos es extraerlo de la roca, pero esto requiere grandes cantidades de energía. Sin embargo, el proceso menos dañino para el ambiente es extraerlo a través del agua geotérmica. Los científicos están preocupados por la extracción de cobalto, uno de los minerales que forman el cátodo de una batería, y cuyas mayores fuentes se encuentran en la República Democrática del Congo, país afectado por la pobreza y conflictos armados. Una solución a la extracción de cobalto es explorar el fondo del mar para extraerlo, pero esto conlleva un mayor costo ambiental. Por otro lado, la empresa alemana Theon ha anunciado la producción de una batería basada en el azufre para el año 2024, mineral mucho más abundante en la Tierra que los metales peligrosos utilizados en las baterías de iones de litio. Esta nueva tecnología sustituye la combinación de minerales por azufre, y los pliegues colectivos de cobre y aluminio por grafeno.
Las ventajas de esta nueva tecnología son variadas. Por ejemplo, los vehículos eléctricos podrían recorrer 900 millas con baterías actuales, aunque el peso y espacio que ocuparían estas baterías serían considerables. Con esta nueva tecnología, se puede aumentar significativamente la densidad volumétrica, lo que permitirá que los vehículos tengan mayor autonomía. La tecnología Gen1 de Theon ofrece 500 vatios hora por kilogramo y 800 vatios hora por litro, y Gen2 promete aumentar esto a 700 vatios hora por kilogramo y 1000 vatios hora por litro en 2023. El objetivo de Theon es llegar a un costo de 30 euros por kilovatio hora, una reducción de 3 veces el costo actual.
Sin embargo, hay un lado negativo en esta tecnología, que es la química del azufre que ha fundido baterías de litio en experimentaciones, por lo que se han realizado experimentos para confinar el azufre en nanofibras de carbono. Esto ha permitido que aparezca el azufre monoclínico, el cual ha tenido excelentes resultados en la elaboración de baterías azufurosas con una duración de más de 10 años. Esta batería, además, posee una capacidad de carga tres veces más efectiva que las baterías de iones de litio, y permite una transición energética en el sector automovilístico sostenible.
