Vida y muerte de una batería de ion-litio (parte I)

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Tal vez la pieza más importante del coche eléctrico sea la batería ya que influye directamente en los dos factores más negativos de los coches eléctricos; el precio y la autonomía. Más aún si miramos el rendimiento a largo plazo es interesante saber la duración de la misma, cómo se ve afectada la autonomía y cuál será su precio de ser necesario un recambio.

En esta entrada y en las dos siguientes nos fijaremos en estas y otras cuestiones; la vida estimada de una batería, su precio, su muerte y su cuidado, y para ello entraremos en las celdas para conocer un poco más a fondo qué es lo que pasa y por qué.

Importancia de una batería de ion-litio

Uno de los factores que echa atrás a los posibles compradores de vehículos eléctricos es la incógnita alrededor de la duración de las baterías a largo plazo. Un consumidor puede aceptar cierta obsolescencia en los productos que compra, como podemos asumir el inevitable desgate del embrague o la correa de distribución y que su reparación pueda superar los 1000 euros.

Pero en el caso de los coches eléctricos la sustitución de esta pieza puede suponer, según algunos fabricantes, más de un cuarto del precio del vehículo, aunque el precio de la batería no siempre se publica.

En cualquier caso, asumiendo que los coches eléctricos actuales son para lo que son (recorridos cortos y frecuentes, flotas de empresas, servicios de reparto…) y dándoles un buen uso, pueden llegar a resultar longevas y rentables.

Estimación de vida de una batería de ion-litio

Durante el congreso anual de la sociedad americana de química (ACS, que incluye prestigiosas publicaciones de las que muy a menudo os informamos, como JACS, Nano Letters o Chemical Reviews) el especialista en baterías Mikaël Cugnet dio una charla sobre la degradación de las baterías de ion-litio usadas en vehículos eléctricos.

La cifra dada durante esta conferencia fue muy amplia, entre 5 y 20 años, siempre dependiendo de varios factores, los enemigos de la batería. La estimación dada está basada en unos estudios publicados en 2011, donde se estudiaba la resistencia del cátodo con un ánodo de grafito de referencia.

Afortunadamente y aunque no sea algo evidente, la composición del cátodo no ha dejado de mejorar en los últimos años, siempre buscando un mejor rendimiento y una mayor durabilidad. Simples variaciones en los materiales usados o en las proporciones del compuesto tienen notables repercusión en la fiabilidad de las baterías y explica las diferentes capacidades que podemos encontrar en el mercado.

Enemigos de la batería

Sabido es que las temperaturas elevadas y las recargas rápidas son los puntos más perjudiciales para las baterías. Según Cugnet “una temperatura por encima de 30 grados afecta inmediatamente las condiciones del pack de baterías y puede ser permanente si dura muchos meses”. Es preocupante un umbral de declive tan bajo, pero es acorde con los problemas que tuvieron los Nissan Leaf en Estados Unidos.

A esto añadió que una batería totalmente cargada es más vulnerable, como explicaremos más adelante, y que este problema se suma al de las temperaturas por encima de los 30 grados, haciendo evidente la importancia de una buena refrigeración para el pack de baterías.

¿Qué es una batería muerta?

Se considera que una batería está en buenas condiciones mientras mantenga el 80% de su capacidad original. Por lo tanto, cuando se habla de estimación de vida de la batería no se refiere a un fallo completo de la batería sino a una caída de la capacidad de esta, pudiendo seguir usándola durante más tiempo, pero teniendo en cuenta que hemos perdido un 20% de autonomía.

Pero la carga no es el único indicador del estado de la batería, la potencia también puede verse afectada. Esto no suele ser un problema en aparatos electrónicos, como móviles u ordenadores, que requieren una potencia muy baja, pero podría serlo para un motor eléctrico dando lugar a un resultado parecido al de los motores térmicos, que con el tiempo parece que “la cuadra” ha perdido unos cuantos miembros y el coche no acelera con la misma fuerza.

Aun así, hay que insistir que la pérdida de potencia no es algo que suela afectar a los vehículos eléctricos con baterías de ion-litio. De cómo y por qué pierde potencia la batería hablaremos en la parte II.

Garantías y precios

A día de hoy no hay datos claros sobre los precios reales de las baterías ni de cuánto podría costar su sustitución. Solo para el Tesla Roadster hay una cifra total, pero hay que tener en cuenta que de este coche se hizo una tirada limitada, por lo que el precio del repuesto será más alto que para coches fabricados en serie.

El precio de la batería del Leaf está calculado a partir de la diferencia entre batería en propiedad y en alquiler.
Los precios para los Model S son estimaciones a largo plazo dadas por Tesla y reportadas en este blog.
El precio para el Tesla Roadster es el precio de la sustitución, no solo de la batería (enlace).
El precio del Ford Focus Electric está tomado de unas declaraciones del director ejecutivo de la compañía.

Los precios de la tabla son demasiado dispares, siendo los de Tesla muy inferiores a los demás. Podríamos hacer una simplificación a partir de los precios estimados del kWh para las baterías de ion-litio. En 2005 se estimaba alrededor de los 300$/kWh (230 euros/kWh), lo cual se acercaría al precio calculado para el Leaf (sin contar el empaquetado), pero también sabemos que Tesla utiliza pilas de portátiles que tienen el precio alrededor de los 200 $/kWh (153 euros/kWh) que concuerda con lo puesto en la tabla.

En cualquier caso, de los precios dados en la tabla podemos quedarnos con que actualmente una batería cuesta entre un 10 y un 25% del precio del vehículo, lo que da una idea de la importancia de esta pieza en los coches eléctricos.

Es también es de esperar que las marcas ofrezcan un reembolso por las baterías viejas, como el “core credit” que da Toyota al reemplazar las baterías de sus híbridos. Unos mil euros de reembolso por poner una batería nueva que cuesta 2700 euros. No usamos estos precios como referencia porque se tratan de baterías de NiMH de tan solo 1 kWh.

Aún así es de esperar que el precio de las baterías pueda seguir bajando en los próximos años, en los que aparecerán nuevos materiales e incluso nuevas generaciones con alternativas al litio.

La próxima entrada de “Vida y muerte de una batería de ion-litio” tratará de la pérdida de potencia y capacidad a nivel químico, de cómo una batería se degrada y del óxido de litio, dejando para la última entrada los fallos graves de las baterías de ion-litio y como cuidarlas.

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Fuentes | ACS | Tesla Motors | Bloomberg | TWSY | Nissan


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Energias renovables

19 Comment responses

  1. Avatar
    April 30, 2013

    Me encanta leer este tipo de artículos, lo cual os hace diferenciaros de otras webs y foros que escriben sobre eléctricos.

    Gracias.

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  2. Avatar
    April 30, 2013

    Luis González te felicito este tipo de articulos colocan a esta web en un nivel superior, seguir asi.

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  3. Avatar
    April 30, 2013

    me ha encantado leer la evolucion de las baterías y su bajada de precios, así como la diferencia de precios y el porque Tesla ofrece una autonomía que los demás sólo sueñan.

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  4. Avatar
    April 30, 2013

    Pero normalmente son celdas o grupos de estas las que acaban degradándose antes que otras y siempre se pueden sustituir, lo vengo haciendo hace años con los packs de baterías de litio para cámaras broadcast, supongo que será lo mismo, por lo que veo un negocio a la vuelta de la esquina para los empacadores de baterías, si no al tiempo.

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  5. Avatar
    April 30, 2013

    felicidades por el artículo!

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  6. Avatar
    April 30, 2013

    Me parece penoso que no declaren el precio de las baterías para poder especular con ellas y por lo tanto con el precio final del coche… estoy seguro de que los coches podrían bajar un 50% su precio sin suponer pérdidas para el fabricante, y es que quieren mantener su nivel de ganancias y esto no será posible a medio plazo, por lo que están apretando todo lo que pueden…

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  7. Avatar
    April 30, 2013

    viendo los precios de las baterías está claro que los precios de los coches eléctricos están muy inflados, si las baterías del Leaf cuestan 5900, ¿los otros 20.000 euros del precio del coche son de chasis, equipamiento y motor eléctrico??
    Por 20.000 euros te compras hoy en día un cochazo con motor de combustión, si le quitas el motor de combustión, debería ser muchísimo más económico.

    Ojo, no critico al coche eléctrico ni defiendo los de combustión, solo critico los precios.

    Saludos.

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      May 13, 2014

      Un negocio vende el producto al máximo precio que el cliente esté dispuesto a pagar.
      así como para tener precios justos etc están las empresas sin animo de lucro o ONG….

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  8. Avatar
    April 30, 2013

    esta claro Iván, es economía de empresa, quien vende su producto más barato si lo puede vender más caro.

    por ahora los coches eléctricos no pueden competir con los térmicos por polivalencia, mucha gente solo tiene un coche para todo, pero si tienes que tener dos como es mi caso y uno se mueve en el ámbito urbano te puede salir a cuenta.

    Y en este te puede salir a cuenta es donde están apretando precios.

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  9. Avatar
    April 30, 2013

    Excelente articulo coincido que si el costo de la batería es de aproximadamente 25% del valor del coche, pues deberían costar un 25% mas que un equivalente térmico y tendrían ganancias ya que habría que tener en cuenta el precio del motor y transmisión del termico, que se traduce en ganancias.

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  10. Avatar
    April 30, 2013

    una batería de NIMH de 1K 2700€ toma geroma. la batería más cara del planeta

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  11. Avatar
    April 30, 2013

    Aún recuerdo los precios de las baterías de los ordenadores portátiles y los primeros móviles, te echabas las manos a la cabeza. He llegado a ver baterías de litio para portátil por 500 €, lo que cuesta hoy en día dos buenos portátiles.

    Ahora el precio de cualquier batería equivalente sin ser la original, cuestan nada y menos. Éso mismo le pasará a los coches eléctricos, cuando empiecen a aflorar fábricas de baterías y packs De baterías compatibles, los precios de los vehículos caerán en picado. Espero que sea antes del 2020 y los lobby’s lo permiten.

    Si no boicot a los térmicos y no compramos ni uno más, sólo de segunda mano.

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  12. Avatar
    April 30, 2013

    Excelente foro ..hay informacion que no es publica en laboratorios, este foro contribuye mucho con mi trabajo …espero que continue …

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  13. Avatar
    April 30, 2013

    Gracias por los comentarios 😀

    @ whizzer_14, 2700 euros es por cambiar la batería, no solo por la batería. Estoy de acuerdo que es carísimo. He leído que 900$ son mano de obra. Es posible que el precio sea por la última generación de 1.3 kWh, pero aun así…

    saludos

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  14. Avatar
    April 30, 2013

    Los costes del coche eléctrico actualmente es por la economía de escala. Si sólo fuera el coche…pero que si factorías nuevas, inversiones, prototipos, estudios… paciencia que la rueda empieza a girar ahora.

    Lo que me encantaría ver es una homologación del espacio y conector de baterías del coche y que cualquier fabricante de baterías pudiera “encajar” su batería del mismo modo que en cualquier electrodoméstico… (un nuevo formato de pila AAAAAAAAAA….+) 😉

    Me ha encantado! espero el segundo con ganas!

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  15. Avatar
    May 01, 2013

    Precisamente el eMate01, el coche que quiere emular a quien en su día creó el vagón del pueblo (Volks-wagen), ha previsto, entre otras muchas ventajas, que su autonomía sea modular para amoldarse a las necesidades y a los bolsillos de cada ciudadano. Es decir, cada pack de 5kWh de ‘almacén de electrones’ está previsto que cueste unos 2.000€.

    Claro está que para evitar confusiones y las consiguientes quejas de quien quiere peces gordos pero que pesen poco, con un el único pack con el que vendrá de origen sólo se podrán alcanzar unos 60km/h por estar pensado para usos puro urbanos o puro locales; añadiéndole otro pack se podrán alcanzar unos 80km a 80km/h máximo, propio para usos periurbanos cercanos; y añadiéndole los otros 2 pack más, se pueden obtener unos 100km a 100km/h y casi 200km en ciclo NEDC pero limitado a 100km/h (NOTA: esta última estimación de autonomías con la configuración de 4 pack en total, pueden ser todavía un poco mayores suponiendo que alguien NO cometa la ilegalidad de quitarle el limitador de 90km/h con el cual va a salir el eMate01 ya que va a homologarse como cuadriciclo).

    Y para cuándo se quiera viajar, estará la posibilidad de por otros aprox 4.000€ más y un minuto de tiempo en introducirlo el propio usuario en el eMate01, comprar su módulo REM (Range Extender Module).

    Espero que esta info os venga bien, pero también nos viene bien a nosotros vuestras opiniones al respecto. Sobre si es bonito o feo, eso no nos importa porque es imposible complacer a tokiski’.

    Thanks in advance!

    Jesús Arapiles.

    P.D.: Pongo mi nombre como firma porque no sé a santo de qué, desde los iPhone (al menos del iPhone4), ni yo ni otros amigos míos, conseguimos enviar comentarios y hasta perdemos todo lo escrito cuando seleccionamos la opción “Nombre/URL”. Así qué tenemos que limitarnos a seleccionar “anónimo”.
    Carlos: si sabes cómo solucionarlo, háznoslo saber.

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  16. Avatar
    June 08, 2013

    Estoy encantado de ser propietarió de un coche electrico 100×100 renault ze furgoneta .Lo esplicado es muy real. Esperemos mas adelante si las baterias tienen un coste mas economico . muchas gracias

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  17. Avatar
    April 16, 2015

    Lea mi pagina y entendera porque mis autos a aire comprimido son muy superiores, tiempo de carga un minuto, numero de cargas ilimitado,tiempo de vida util ilimitado,precio del vehiculo igual a los de gasolina. Siempre la misma potencia, sin perdida de energia cuando no se usa.
    Contactame .
    Ingeniero Armando Regusci presidente de la Regusci Air Club company

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