Una batería de un coche eléctrico no permanece igual a lo largo de su vida: va perdiendo gradualmente capacidad y autonomía a medida que envejece. Entre los responsables están reacciones químicas que ocurren en un componente poco conocido por los conductores, el electrolito. Ahora, los fabricantes e investigadores están tratando de rediseñarlo para crear baterías que duren más, se carguen más rápido y almacenen más energía.
Cuando se habla de la batería de un automóvil eléctrico, es fácil verla como una especie de depósito: recibe electricidad durante la carga y la entrega cuando el coche necesita energía.
En realidad, lo que ocurre en su interior es mucho más complejo.
En una batería de iones de litio, los iones se desplazan entre dos electrodos — el ánodo y el cátodo — durante los sucesivos ciclos de carga y descarga.
Para lograr ese viaje, necesitan atravesar un tercer elemento fundamental: el electrolito.
Y es precisamente en este componente donde se libra una de las batallas para obtener baterías más duraderas.
¿Qué es al fin el electrolito?
En las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente, el electrolito suele estar compuesto por disolventes orgánicos, sales de litio y pequeñas cantidades de aditivos.
Su función esencial es permitir el transporte de los iones entre los electrodos.
El problema aparece con el tiempo.
Durante los sucesivos procesos de carga y descarga ocurren reacciones electroquímicas que van alterando el electrolito. La descomposición de algunos de los disolventes puede generar gases, como dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrocarburos.
La industria utiliza aditivos para intentar limitar estas reacciones, pero estos representan solo un pequeño porcentaje de la composición del electrolito y pueden perder eficacia con el uso, sobre todo ante temperaturas y tensiones elevadas.
Las consecuencias pueden incluir acumulación de gas, aumento de la resistencia interna de la batería y degradación progresiva de las celdas.
Es una de las razones por las que una batería usada ya no puede almacenar exactamente la misma cantidad de energía que cuando era nueva.
¿Y si el problema se aborda antes de que ocurra?
Precisamente eso es lo que LG Energy Solution está tratando de hacer.
En lugar de seguir simplemente añadiendo sustancias destinadas a reducir las reacciones indeseables, el fabricante surcoreano decidió rediseñar la propia estructura molecular del disolvente.
La tecnología se denomina “gas-free solvent” y busca hacer que el electrolito sea más resistente a la descomposición, reduciendo así la formación de gases.
La primera generación ya ha sido desarrollada y se encuentra en proceso de validación y optimización para la producción en masa.
Según datos difundidos por la propia LG Energy Solution, la utilización de este disolvente permitió reducir en aproximadamente un 53% la tasa de incremento de la resistencia interna de las células en las pruebas realizadas.
Hay otra consecuencia interesante.
La temperatura máxima permitida durante la carga rápida aumentó de alrededor de 58 a 68 grados Celsius y la empresa afirma que la tecnología ha mostrado potencial para permitir cargas en aproximadamente ocho minutos.
Esto no significa, sin embargo, que esté a punto de llegar al mercado un coche eléctrico que se cargue por completo en ocho minutos. Son resultados tecnológicos obtenidos a nivel de las células y del electrolito, que aún deben ser integrados y validados en baterías fabricadas a gran escala.
La segunda generación ya está siendo desarrollada
LG Energy Solution, entretanto, está trabajando en una segunda generación de esta tecnología.
Uno de los objetivos es mejorar la viscosidad del disolvente.
Puede parecer un detalle menor, pero la facilidad con la que los iones se desplazan a través del electrolito influye directamente en el comportamiento de la batería, incluida la capacidad de recibir energía rápidamente.
La empresa pretende, a largo plazo, sustituir gran parte de los disolventes tradicionales a base de carbonatos por estas nuevas soluciones.
Y el electrolito podría volverse aún más importante a medida que cambian los demás componentes de la batería.
Más silicio puede significar más autonomía — pero genera otro problema
Uno de los caminos más prometedores pasa por el uso creciente de silicio en el ánodo.
Hoy en día, la mayoría de baterías utiliza principalmente grafito. El silicio puede, teóricamente, almacenar mucha más litio, lo que permitiría aumentar la cantidad de energía almacenada sin incrementar proporcionalmente el peso de la batería.
Sin embargo, hay un enorme obstáculo.
El silicio se expande significativamente cuando recibe litio y vuelve a contraerse cuando la batería se descarga.
Repetido cientos o miles de veces, este proceso provoca tensiones mecánicas y puede dañar la estructura del electrodo.
También aquí el electrolito puede ayudar.
Una formulación adecuada consigue favorecer la formación de una capa protectora más estable en la superficie del ánodo, reduciendo algunas de las reacciones y daños que aceleran la degradación.
O sea, desarrollar un nuevo material para almacenar más energía no basta. Es necesario garantizar que aquello que lo rodea puede trabajar con él durante años.
Y después hay baterías de estado sólido
La transformación más profunda podría llegar cuando el electrolito líquido desaparezca casi por completo.
Las llamadas baterías de estado sólido sustituyen el electrolito líquido por un material sólido.
En teoría, eso podría permitir una mayor densidad energética, reducir riesgos asociados a fugas y disminuir la inflamabilidad.
Pero sustituir un líquido por un sólido crea nuevos problemas.
Uno de ellos está en el contacto entre el electrolito y los electrodos. Otro es la formación de dendritas — estructuras metálicas microscópicas que pueden crecer en el interior de la célula y, eventualmente, provocar un cortocircuito.
Es por ello que las baterías totalmente de estado sólido continúan mayoritariamente en una fase de desarrollo y producción piloto, a pesar de las promesas hechas por varios fabricantes.
Hay coches que ya quedaron a medio camino
Mientras las baterías totalmente sólidas no llegan a gran escala, la industria ha empezado a experimentar una solución intermedia: baterías semisólidas.
Estas mantienen una determinada cantidad de electrolito líquido, combinándolo con componentes sólidos.
China está particularmente avanzada en este campo.
Nio llegó a ofrecer una batería semisólida de 150 kWh para algunos de sus automóviles, con autonomía anunciada superior a 1.000 kilómetros según el ciclo chino CLTC, aunque la producción se interrumpió posteriormente ante la baja demanda.
Otros fabricantes y proveedores chinos siguen desarrollando soluciones similares, mientras avanzan en paralelo hacia baterías totalmente sólidas.
La próxima revolución puede estar escondida dentro de la batería
Para quien conduce un coche eléctrico, el electrolito es invisible.
No aparece en la ficha técnica, difícilmente es mencionado por el vendedor y no es algo con lo que el propietario tenga que lidiar directamente.
Pero lo que sucede en este material influye en características que todos los conductores entienden perfectamente: cuánta autonomía puede ofrecer la batería, cuánto tiempo tarda en cargarse y durante cuántos años puede mantener una parte significativa de la capacidad original.
Durante mucho tiempo, la carrera por las baterías se centró principalmente en los materiales de los electrodos y en la cantidad de energía que cada célula podía almacenar.
Ahora, la industria también está mirando hacia lo que existe entre ellos.
Y una parte importante de la próxima generación de coches eléctricos podría depender precisamente de un componente que prácticamente nadie ve.
