En línea con los temas anteriores, en los que queremos poco a poco introduciros en el conocimiento de la movilidad eléctrica; en este post hablamos sobre los sistemas de almacenamiento eléctrico.
Son considerados vehículos eléctricos todos aquellos que obtienen energía de baterías electroquímicas cargadas por una fuente externa; opcionalmente pueden tener un motor convencional como generador. Por otro lado, existen vehículos de pila de combustible que, aunque tienen motores eléctricos, se diferencian de los eléctricos puros porque generan su propia electricidad a bordo. En el caso de los híbridos enchufables, su motor principal es el convencional.
Los primeros coches eléctricos utilizaban baterías de ácido sulfúrico y plomo; tenían poca capacidad de carga y eran pesadas y voluminosas; la escasa eficiencia y vida útil de este elemento, impedía la popularización de los coches eléctricos.
Posteriormente, a principios del siglo XX, salieron las baterías basadas en níquel que a día de hoy solo se ven en modelos híbridos no enchufables; ya que son más resistentes a ciclos de carga y descarga; su eficiencia es del 70% sin necesidad de almacenar mucha energía. Tienen una larga vida útil y por ello fueron la solución a camino entre el plomo y el litio.
Actualmente, las baterías de los coches eléctricos son de ión-litio; este elemento hace que aumente la densidad de carga sustituyendo así a las tecnologías previas.
¿Qué hay que a tener en cuenta en el diseño de una batería?
Los factores que se tienen en cuenta en el diseño de una batería son:
- Densidad energética: Cantidad de energía que puede almacenarse por unidad de volumen o unidad de masa. Las baterías modernas de ión-litio almacenan de 100 a 250 Wh/kg; el triple de las baterías de plomo ácido pero muy inferior a la densidad energética proporcionada por combustibles fósiles como la gasolina (12.200 Wh/kg) o el gasóleo (12.700 Wh/kg).
- Potencia específica: Cantidad de por unidad de masa, expresada en W/kg, o de volumen.
- Eficiencia de carga y descarga: En el proceso de recarga y en el de entrega de potencia al motor hay que contar con pérdidas inevitables.
- Ciclos de vida: Duración aproximada de las baterías conservando una cantidad dada respecto a la capacidad original.
- Velocidad de recarga: En función de la electrónica de control, las baterías pueden cargarse más o menos rápido.
- Coste: El factor determinante. Los precios por kWh están bajando progresivamente en los últimos años.
Cómo funcionan las baterías a nivel interno
Mediante procesos de oxidación y reducción, las baterías almacenan energía química y pueden convertirla en eléctrica, y viceversa. Las baterías se dividen en celdas que pueden conectarse en serie o en paralelo; siempre tienen un cátodo (borne negativo) y un ánodo (borne positivo). La energía se introduce en las celdas como corriente contínua (DC), la misma que utilizan los motores. La transformación se produce en el momento de la recarga ya que la red eléctrica funciona con corriente alterna (AC). Además de las celdas, las baterías disponen de una electrónica de control y sistema de refrigeración por aire o por líquido.
Con el paso del tiempo y los ciclos de carga y descarga las celdas pierden progresivamente su capacidad original; lo que da lugar a que la autonomía máxima del vehículo eléctrico se reduzca. Este proceso es inevitable, pero evitando el abuso de las recargas rápidas, los climas extremos y cumpliendo con todos los requisitos de mantenimiento del fabricante, se pueden mitigar sus efectos.
Los fabricantes garantizan una capacidad mínima del 80% aproximadamente en un plazo de 10 años. Una vez superado este tiempo, con menor capacidad de batería, los vehículos eléctricos siguen siendo aptos pero harán menos kilómetros por cada carga.
Por otro lado, debido a las normativas medioambientales y a los metales pesados que componen las baterías, estas tienen otros usos una vez retirada del vehículo. Principalmente su reutilización irá destinada a acumuladores energéticos domésticos o industriales con las celdas que estén en buen estado; también serán útiles para puntos de recarga donde el flujo de energía no es suficiente para una carga rápida; las baterías se cargan a menor velocidad mientras que el punto de recarga da energía a más velocidad cuando se precise. Esas baterías volverán a cargarse para el próximo cliente mientras no se usan.
Por otro lado, si la legislación lo permite y se utilizan baterías de gran capacidad en el hogar o negocios, es posible reducir el consumo en tarifas punta y aprovechar más la energía de bajo coste de las tarifas valle; también reducen el gasto en la red general.
Finalmente, cuando las baterías ya han cumplido con el uso secundario, se recuperan más del 90% de los componentes en peso y se reciclan; para dar lugar a baterías nuevas. Estos procesos, que son obligatorios según las normativas vigentes, para conseguir un bajo impacto en el medio ambiente. Una vez más, la movilidad eléctrica favorece la sostenibilidad.