Fundamentos: Baterías para coches eléctricos

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Homo_non_sapiens
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Fundamentos: Baterías para coches eléctricos

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Mensaje por Homo_non_sapiens »

Artículo de la periodista Paula Ulloa en eldiario.es, del 20/03/2019 (https://www.eldiario.es/motor/tecnologi ... 12173.html)
Es un resumen bueno, que también vale para las baterías en FV, por lo que lo incluímos en los "Fundamentos". Gracias a [mention]jeopardize[/mention] por encontrarlo

Breve manual para no perderse con las baterías del coche eléctrico

En los últimos años, casi inadvertidamente, periodistas e interesados en la información de motor nos hemos acostumbrado a hablar menos de cilindros e inyectores que de amperios, voltios y megavatios. La razón es, naturalmente, el avance imparable del coche eléctrico, cuyo elemento primordial no es el motor, sino su sistema de almacenamiento de energía, la batería. Tal vez la velocidad de transformación de la industria, y la nuestra como informadores y lectores, impone aclarar conceptos que no siempre están demasiado claros sobre este componente clave y sus complejos fundamentos técnicos.

Para empezar, conviene distinguir estas cinco nociones:

- Densidad energética. Es la cantidad de energía que es capaz de almacenar la batería en relación a su peso. Se trata del parámetro que influye de manera más destacada en la autonomía y las prestaciones del vehículo, y se expresa en Wh/kg (vatios-hora por kilogramo).
- Potencia. Se expresa en W/kg (vatios por kilo) y alude a la potencia que puede proporcionar cada kilogramo de peso de la batería.
- Eficiencia de carga/descarga. Es la relación entre la energía introducida durante la recarga y la que realmente entrega.
- Ciclos de vida. Como las de los teléfonos móviles, las baterías de un coche eléctrico pierden capacidad a medida que se recargan y cuentan con un número limitado de ciclos antes de agotarse por completo.
- Velocidad de recarga. Es el tiempo que necesita una batería para recuperar toda su energía.

Todo está muy bien, dirás, pero ¿qué son los kWh de los que oigo hablar todo el tiempo? Se trata de la abreviatura de kilovatios-hora y hace referencia a la cantidad de energía que es capaz de transferir una batería, ya sea suministrándola al motor o recibiéndola de un cargador, en lo cual influye su capacidad y su voltaje. Con kWh se indica también la capacidad de carga de la batería en relación a la velocidad a la que lo hace.
En otras palabras, los kilovatios-hora se emplean para expresar tanto el consumo de un coche eléctrico como su capacidad y el tiempo máximo a los que la batería se puede cargar. Este último factor, el tiempo, varía en función del amperaje y el voltaje de la instalación a la que se conecte el vehículo.

Pasemos ahora a los tipos de baterías más extendidos en los coches eléctricos actualmente. Son estos:

Baterías de ion-litio

Son las más utilizadas porque concentran una alta densidad energética (de más de 250 Wh/kg) en poco espacio y peso. Como señala la Asociación Española de Profesionales de Automoción (Asepa), en coches eléctricos es habitual renunciar a algo de densidad a cambio de conseguir más durabilidad, más velocidad de carga “y más ecología a la hora de reciclarlas”.

El esquema químico más habitual en una batería de esta clase incluye: electrolito de iones de litio, ánodo de grafito y cátodo de óxido de cobalto, trifilina u óxido de manganeso, pero ya es posible encontrar variantes de litioníquel-manganeso-cobalto. Existen igualmente baterías de ion-litio que no llevan cobalto, lo que en principio las hace más estables y seguras. Otra variante es la de polímero de litio, que cuenta con algunas mejoras como una densidad energética mayor y una potencia más elevada, además de ser ligera y eficiente y carecer del temido efecto memoria.

Baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)

Compuestas habitualmente por un ánodo de oxihidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro metálico, tienen una densidad de energía de hasta 100 Wh/kg. Su uso se ha restringido a coches híbridos pues tienen una longevidad muy alta, pero no son tan eficientes como las de iones de litio.


¿Y qué baterías habrá en el futuro? Como todos sabemos, mejorar la eficiencia de las baterías es ahora mismo la mayor preocupación tecnológica de los fabricantes de coches. Aunque trataremos esta cuestión más ampliamente en otro artículo, aquí tienes las dos tendencias que parecen tener más posibilidades de perdurar:

Baterías de aluminio-aire

Multiplican por 10 la capacidad de almacenamiento de las baterías de ion-litio, pero todavía presentan problemas de recarga y parecen no ser del todo fiables. Eso sí, anuncian hasta 1.600 kilómetros de autonomía cuando ningún eléctrico actual, ni siquiera el Tesla con la batería más capaz, llega a los 500 en uso real.

Baterías de estado sólido

Son el santo grial en el que confía todo el mundo para extender el alcance del coche eléctrico hasta cifras satisfactorias. Sin entrar en complicados pormenores técnicos, la diferencia entre estas y las de ion-litio se reduce a sustituir el electrolito, comúnmente en estado líquido, por uno solidificado, lo que da como resultado mayor autonomía, tiempo de recarga más corto y mayor seguridad.

Se calcula que, con el mismo número de celdas que una batería de ion-litio convencional, una de estado sólido incrementa hasta en un 95% la densidad y alrededor de un 50% la capacidad energética. Esta tecnología convence incluso a Toyota, fiel a los motores híbridos desde que lanzó el primer Prius en 1997. A pesar de haberse resistido a los coches 100% eléctricos hasta ahora, la firma japonesa podría lanzar en 2020 un modelo de este tipo que estaría equipado con baterías de estado sólido.
5000 Wp en placa; híbrido InfiniSolar_V1 4kW(solar) + 5.5kW(red); control total DIY con Rpi;
24 vasos PzS 500Ah C5 (~30 kWh C20); cosecha 300-750 kWh/mes; consumo 500-800 kWh/mes
Nuestra especie es "Homo non sapiens": Sabemos hacer mucho, pero no sabemos controlarlo ...
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