Para reducir el enorme apetito de los estadounidenses por el petróleo, el Gobierno y la industria automovilística trabajan juntos para alentar a los compradores de autos a pensar en uno eléctrico.
Los observadores de la industria quizá debatan cuán rápidamente los consumidores harán la transición hacia los vehículos eléctricos, pero sí están de acuerdo en que se requerirán grandes mejoras en las baterías con las que funcionan estos autos.
Incluso, la Casa Blanca sostiene que “la falta de baterías asequibles y muy funcionales ha sido una barrera particularmente alta para la adopción extendida de los vehículos eléctricos”.
A corto plazo, reducir el costo de la batería –y con ello el precio del vehículo– obedecerá mayormente a mejores técnicas de manufactura y a la creación de baterías distintas.
El reto científico. Mejorar la duración y el alcance será el reto para los investigadores. El científico italiano Alessandro Volta construyó la batería original en 1800. Volta llenó un contenedor con pares alternados de placas de zinc y cobre, y separó cada par con un disco de cartón empapado en agua salada.
Su batería produjo un flujo de corriente eléctrica a través de una reacción química que forzó al disco de zinc (ánodo negativo) a liberar un electrón y al disco de cobre (ánodo positivo) a atraparlo.
Las baterías de los autos eléctricos ya no se parecen al contenedor de Volta, pero funcionan de acuerdo con los mismos principios.
Dos siglos de mejoras graduales en la química, diseños y materiales han conducido a la batería a partir del litio, la cual ofrece una densidad de energía mayor que otros sistemas anteriores.
“Comparada con la batería de níquel e hidruro metálico usada en el Toyota Prius, por ejemplo, una batería de ion de litio del mismo peso y volumen incrementaría la densidad de energía dos o tres veces”, dijo Venkat Srinivasan, administrador del Programa de Batería para Tecnologías de Transporte Automotriz, apoyado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y administrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en la Universidad de California en Berkeley.
Todos los vehículos disponibles con la electricidad como su fuente de poder primaria, como el Nissan Leaf o el Chevy Volt, usan alguna forma de química de ion de litio en sus baterías.
“Esas baterías prevalecerán durante al menos las próximas una o dos décadas con mucho espacio para la innovación”, comentó Jeffrey Chamberlain, director del grupo de Almacenamiento de Energía Electromecánica en el Laboratorio Nacional Argonne, un laboratorio cerca de Chicago patrocinado por el Departamento de Energía.
El litio se mezcla con otros materiales en el cátodo de la batería. Los materiales usados dictan el voltaje de la celda y la cantidad de litio que el cátodo puede contener. “Elevar ambos incrementa la densidad de energía”, dijo Srinivasan.
Experimentar con materiales. En Argonne, investigadores están trabajando con nuevas mezclas de níquel, manganeso y cobalto para el cátodo. Se ha demostrado que mezclar estos en variadas cantidades y ensamblarlos en diferentes estructuras duplica la capacidad de energía del cátodo.
Argonne ha empezado a conceder licencias sobre las patentes de este material a diferentes fabricantes de baterías.
El resultado, dijo Chamberlain, serían baterías “que expriman más energía a un paquete más pequeño, que sean menos costosas de producir y que duren más tiempo”.
De manera similar, investigadores en Argonne experimentan con el silicio para el ánodo, reemplazando el ánodo de carbono usado actualmente.
Durante el ciclo de carga, el ánodo recauda iones de litio, luego los libera durante la descarga cuando la batería ofrece energía al motor eléctrico.
Un ánodo de silicio puro teóricamente tiene el potencial de incrementar diez veces la cantidad de energía que puede contener.
Los esfuerzos para alcanzar este máximo se han frustrado por la tendencia del silicio a expandirse conforme recauda iones de litio.
“Los investigadores mezclan silicio con materiales como grafito, buscando un equilibrio que resuelva los desafíos físicos y que además incremente la densidad de energía”, dijo Chamberlain.
Cuestión de costos. Aun cuando estos nuevos avances pasen del laboratorio a la línea de producción en la próxima década, a corto plazo la mayoría de las reducciones en el costo del paquete de batería obedecerá a la baja de los costos de manufactura.
Así lo manifestó Alex Molinaroli, presidente del grupo Power Solutions en Johnson Controls, compañía que construye baterías de ion de litio para empresas como BMW, Daimler y Ford.
Como el ion de litio es una tecnología relativamente nueva para proporcionar energía a los autos, “llevará tiempo comprender cómo estas baterías se desempeñarán con años de uso”, dijo Molinaroli y, como la batería del auto eléctrico es ahora parte del tren motor, “estas tendrán requerimientos de desempeño y durabilidad mucho más altos, en comparación con las baterías de encendido de plomo y ácido o la batería de laptop ”, afirmó.
A falta de décadas de datos de pruebas en carretera de los autos principalmente eléctricos, los fabricantes deben exagerar en la construcción de las baterías, añadiendo materiales y elementos de seguridad para asegurarse de que cumplan las demandas de la garantía del tren motor.
Para Molinaroli, esa compensación excesiva representa 50% del material usado en los paquetes de batería actuales. Una medida común de la densidad de energía de la batería es el número de kilovatios- hora de electricidad que puede producir dado su peso.
Como la batería es el componente más costoso del auto, los fabricantes tienden a ser muy herméticos sobre los precios reales.
Aun así, Mike Omotoso, pronosticador de trenes motores automovilísticos para J. D. Power & Associates, calculó que el costo actual es entre $750 y $800 por kilovatio- hora.
Para que los vehículos eléctricos alcancen la paridad con los autos impulsados por gasolina, desde una perspectiva de costo, la mayoría de los analistas coinciden en que el costo de la batería debe acercarse a $200 por kilovatio-hora.
En Johnson Controls, la compañía espera la paridad de precio cuando los costos de la batería alcancen los $200 por kilovatio-hora combinado con precios de gasolina que estén siempre en $4 por galón o por encima de esta suma.
Una vez que se llega a estos niveles, “se tiene un buen argumento de negocios, y, conforme los precios de la energía suben, esta se vuelve una conversación mucho más relevante”, dijo Mary Ann Wright, vicepresidenta para tecnología global e innovación de Power Solutions.
Asimismo, cree que ese punto de paridad está a una década de distancia, pero ofrece dos inconvenientes.
“Se debe considerar que el motor de gasolina también se volverá más eficiente durante este tiempo. Esta tecnología no se mantiene estática, y la paridad debe ser considerada el costo total de posesión a lo largo de la vida del auto”, comentó Wright.
Agregó: “Así que, aun cuando el precio de venta quizá sea más alto, el mantenimiento y la operación del vehículo eléctrico serán menos costosos a lo largo de la vida del auto en comparación con un auto de gasolina”.
Conforme las mejoras permitan a los autos eléctricos igualar el precio y el desempeño con sus competidores que funcionan con gasolina, el impacto podría ser igual de profundo.