Nuevos avances en baterías de Li-ion

Sistema actual de baterías en un Chevrolet Volt

La empresa norteamericana Envia Systems ha presentado un nuevo prototipo de baterías de Li-ion en la cumbre de innovación de la energía norteamericana (EIS) celebrada a finales de febrero.

Se trata de un nuevo tipo de baterías de litio, que utiliza materiales composite en los ánodos compuestos por nanopartículas de silicio-carbono y cátodos de alta capacidad creados con compuestos de manganeso, con lo que logra alcanzar una densidad energética de 400 Wh/kg. Un 160% superior a la alcanzada actualmente con las baterías de Panasonic (245 Wh/kg), y además lo consigue con una importante rebaja del coste. Aunque este punto deberá ser comprobado en un futuro cuando entren en producción. 

Según el cofundador y presidente de Envia Systems, Sujeet Kumar, este avance permitirá la fabricación de baterías con mucha más capacidad que las disponibles actualmente en el mercado, unas baterías que están sobre los 140 Wh/kg, como las que porta el Nissan Leaf.

Además de un aumento de su densidad energética, esta nueva tecnología supondrá una considerable caída de los costes, que Sujeet Kumar ha calculado que para una batería de 40 Ah se situará en el entorno de los 180 $/kWh (unos 133 euros por kWh) para el 2014. Menos incluso que las predicciones de Elon Musk, presidente de Tesla (empresa de automóviles eléctricos afincada en California), que hace unas semanas auguraba un descenso a medio plazo de los costes por debajo de los 150 euros el kWh.

Gracias a este nuevo diseño, una batería de tipo medio como la que porta el Nissan Leaf (300 kilogramos), podría llegar a albergar unos 60 kWh de capacidad, e incrementar su autonomía desde el máximo de 175 kilómetros actuales hasta unos esperanzadores 430 kilómetros por carga. Estas cifras superan los mejores pronósticos presentados por el director delegado de Renault, Carlos Tavares, que comentaba que la segunda generación del Renault ZOE, podría alcanzar los 300 kilómetros por carga para el año 2014.

Pero aparte de unas baterías con una gran capacidad, este avance permitiría disponer de baterías de menor peso, ya que se necesitarán muchos menos kilos para almacenar la misma energía, lo que en la práctica, supondrá vehículos eléctricos más pequeños y económicos, que facilitarán la movilidad sostenible en las ciudades.

Batería experimental de Toyota

Especificaciones técnicas:

Cátodo HCMR (High capacity Manganese rich): El secreto del aumento de sus prestaciones se encuentra en un cátodo compuesto por capas superpuestas de 2MnO3-LiMO2. Estos cátodos de materiales compuestos consiguen duplicar la capacidad específica hasta los 295 mAh/g y una potencia superior a los 1.200 W/kg, bajando los costes con respecto a los cátodos actualmente en comercialización (LiCoO2, LiMn2O4 y LiFePO4). Y todo ello con un ciclo de vida hasta el 80% de DOD (cuando su capacidad máxima se reduce al 80% de la original) que supera las 1.000 recargas.

Ánodo SI-C: El problema en los ánodos deviene de sus cortos ciclos de vida debido a que el silicio, que presenta unas alta capacidad específica (4000 mAh/g), se pulveriza en cada ciclo de recarga. Los anodos compuestos de silicio-carbono de Envia mantienen una alta capacidad (1530 mAh/g) junto con un buen compromiso de durabilidad.

Combinando ambas técnicas HCMR/Silicio Composite, se logra una alta capacidad del cátodo (250 mAh/g ) y una alta densidad de carga en el ánodo (1530 mAh/g).

Envia Systems recibió en 2010 una subvencion de 4 millones de dólares de ARPA-E y otro millón más de la Comisión de Energía Californiana (CEC) para apoyar el desarrollo de baterías de Li-ion con una alta densidad de almacenamiento, para su utilización en los vehículos hibridos y eléctricos.

Desafíos técnicos por resolver:


Pero como suele pasar con este tipo de avances "casi milagrosos", tienen su punto flaco y según Envia, el principal problema que tendrán que resolver en los próximos meses es aumentar la vida útil de las celdas. Si estamos acostumbrados a ver que las actuales baterías pueden alcanzar hasta los 1.000 ciclos antes de comenzar a perder capacidad (80% de capacidad), esta nueva tecnología, después de 400 recargas solo alcanzan el 72% de su capacidad original. Por supuesto los técnicos tendrán que seguir trabajando para lograr encontrar un material que además de aumentar la vida útil de la batería, mantenga el coste dentro de un límite razonable,


Fuente: Green Car Congress