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

Wallbox


En las anteriores entradas de “Vida y muerte de una batería de ion-litio” hicimos una estimación del precio de las baterías, un resumen de las garantías que ofrecen actualmente los fabricante enfrentándolas a la duración estimada y vimos cuáles son los factores que afectan a esta duración (parte I). En la segunda parte se explicó como la formación del óxido es uno de los mayores problemas en está tecnología y por qué, relacionándolo con los factores citados anteriormente.

En esta tercera y última entrega se explican otros problemas que las baterías de ion-litio pueden sufrir, cómo cuidarlas y qué ocurre con ellas una vez que su capacidad deja de ser interesante para su uso en coches eléctricos.

Fallo total de una batería

Hemos vistos varios problemas que puede sufrir una batería de ion-litio y que afectan su rendimiento. Hay uno más que lleva a la muerte de ésta y que no está relacionado con las reacciones químicas si no con la estructura del material que forma el cátodo.

En las baterías de ion-litio, donde el cátodo está formado por un compuesto de litio, en ocasiones un metal y un oxido, los átomos se organizan formando una estructura perfectamente organizada, un cristal. Durante la carga los átomos de litio abandonan esta estructura para alojarse en el ánodo. En un caso ideal, después de la descarga los átomos de litio volverán a disponerse en la misma posición en el cristal del cátodo en la que estaban originalmente.

Cátodo de LiCoO2
Pero no siempre es así, y al cambiar la posición de los átomos de litio en el cristal poco a poco se forman defectos y cambios estructurales, es decir, se forma una nueva estructura cristalina con diferentes propiedades electroquímicas que degradan el rendimiento de la batería.

Este problema es propio de baterías sometidas a fuertes cargas y descarga, lo que serían cargas rápidas y fuertes acelerones en los que se exprime al máximo la potencia de la batería, por lo que no se espera que ocurra en vehículos híbridos y que en eléctricos dependerá de los ajustes del fabricante.

¿Pueden las baterías de litio incendiarse?

Son muy conocidos los casos de los Boeing 787 y, entre los interesados en coches eléctricos, el de los Mitsubishi Outlander. El suministrador de las baterías para ambos fabricantes era la empresa Yuasa que utiliza baterías de ion-litio con cátodo de LiCoO2.

Baterías GS-Yuasa usadas en los Mitsubishi y Boeing 787

En la anterior entrada de esta serie vimos como el litio puede depositarse en el grafito del ánodo en forma de óxido de litio. Este depósito, que como hemos visto ocurre más durante las cargas rápidas y a temperaturas altas, forma estructuras cristalinas ramificadas llamadas dendritas.

Las dendritas pueden crecer hasta el punto de atravesar el separador y hacer contacto con el cátodo. Se produce un cortocircuito. Esto acabaría definitivamente con la batería, pero el cortocircuito no es suficiente para generar un incendio.

De hecho uno de las pruebas de seguridad a las que se somete las baterías es el test de penetración, en el que una aguja atraviesa la batería para generar un corto y ver si se forma una llama o no.

Celda tras fallar el test de penetracion (Envia)

El problema es que las dendritas también se calientan al transferir la corriente que se genera en la batería y este calor induce reacciones paralelas acelerando la formación de óxido de litio y por lo tanto de las propias dendritas. Si cuando se produce el corto la batería está sometida a una corriente alta o a un voltaje alto se puede llegar a generar un incendio. En el caso de los Boeing el fallo de unas celdas hizo que otras trabajasen a un voltaje excesivo y se produjese el incendio.

¿Sufren “efecto memoria” las baterías de ion-litio?

Si, lo hemos visto hace unos días. El efecto memoria se produce cuando los tiempos entre la carga y la descarga son muy cortos.

La explicación es un cambio brusco de potencial químico, algo así como las ganas que tiene una partícula de moverse o de reaccionar, de los elementos del cátodo cuando la batería está semi-cargada. El cambio de potencial ocurre de forma abrupta y divide las partículas del material del cátodo en dos grupos, unas que ganan potencial y otras que lo pierden, lo cual hace que no todas “trabajen” al mismo ritmo.

Esto se ve reflejado en un ligero cambio del voltaje de la batería, que supone que parte de la capacidad de la batería se desaproveche. En cualquier caso el efecto es muy bajo, variando el voltaje tan solo unos pocas partes por mil.

El cuidado de las baterías

Considerando lo que hemos venido explicando en estas tres entradas, las baterías de ion-litio puede durar mucho si se tiene pone cierto cuidado en su uso. Siendo el calor su principal enemigo y las cargas rápidas el principal motivo de su calentamiento, hay que tratar de evitarlas al máximo planeando bien el uso del vehículo.

Así mismo, para evitar reacciones secundarias en las celdas cuando están completamente cargadas o descargadas, hay que procurar no circular en reserva o dejar el coche cargando más de lo necesario en días calurosos, aunque no hay por qué volverse paranoico con este punto, ya que los fabricantes protegen las baterías guardando un porcentaje del máximo de carga (SOC) y de descarga (DOD), sí que es conveniente no dejar el coche al sol los días de mucho calor, a fin de cuentas es el mismo cuidado que se recomienda para proteger los plásticos y las tapicerías.

La segunda vida de las baterías

Cuando una batería ha perdido más del 20% de su capacidad puede no ser interesante para un coche eléctrico, pero ese 80% restante es aun bien válido para otros propósitos. El 80% de una batería de un Leaf son casi 20 kWh, que es el consumo diario medio de un apartamento en España.

Así pues, uno de los usos que se han pensado para las baterías usadas es su uso en viviendas como sistema de almacenaje de energía, bien para casos de caídas de tensión como para su integración en redes eléctricas inteligentes. Mitshubishi y GM ya han propuesto su uso para este fin y la filial de Nissan, 4R Energy, también lo considera en su plan de negocio.

El siguiente paso podría ser su reciclaje. A pesar de que las baterías de litio no contienen metales caros como el caso de las de Níquel-Cadmio su reciclaje es 100% posible y ahora además obligatorio por la ley europea 2006/66/EC. De momento son pocas las empresas destinadas a este negocio. En España ya hay una en Madrid, Recupyl, en Alemania también hay una, en Hoppecke, y en Bélgica se encarga Umicore, que ha firmado un acuerdo con Toyota. Pero en unos años, con (esperamos) millones de eléctricos en nuestras ciudades el volumen de trabajo será elevado y se necesitaran de más centros para su procesado.

Baterías recuperadas y no oficiales

Pero tal vez no sea ninguno de estos el final de las baterías. Igual que se venden baterías recuperadas para portátiles e incluso para híbridos, no sería de extrañar que este mercado también aparezca para las ion-litio de los coches eléctricos a precios muy inferiores a los de la casa.

Otro mercado posible es el de las baterías no oficiales. Empresas que fabrican sus propios packs de baterías, como aquellas para convertir el Prius de las primeras generaciones en enchufables y aumentar así la autonomía, y que podrían ofrecer packs de baterías nuevos mucho más económicos, aunque normalmente poniendo en compromiso la fiabilidad.

También sería de esperar que la propia casa ofreciese un dinero por la batería vieja en caso de sustituirla por una nueva, como el “core credit” que da Toyota al reemplazar las baterías de sus híbridos, que en su caso son unos mil euros de reembolso por poner una batería nueva que cuesta 2700 euros.

Conclusiones

A la hora de comprar un coche eléctrico con la batería en propiedad hay que tener en cuenta que en la actualidad se trata de una tecnología relativamente delicada y que sufre cierta fatiga si las condiciones no son apropiadas.

Si se vive en zonas calurosas con largos periodos por encima de los 30º C (como el caso de los Leaf en Arizona, donde la temperatura no baja de 32 grados entre Junio y Septiembre) y el vehículo permanece a menudo aparcado al sol, si no se dispone de tiempo para recargar y se pretende usar a diario la recarga rápida, tal vez sea mejor esperar a futuras baterías más resistentes.

Pero si, como en la mayoría de los casos, solo se sufre de mucho calor a mediodía en verano, y se tiene una plaza donde recargar durante la noche, es posible, con el mínimo cuidado, llegar a mantener la batería en plenas condiciones durante años y miles de kilómetros.

Con estas consideraciones y para los que aún no se fíen de la duración de las baterías de ion-litio en coches eléctricos la opción de alquiler de batería es un concepto muy interesante que permite al usuario despreocuparse de garantías y posibles fallos a largo plazo.

En el futuro estará más en las manos de los fabricantes el asegurar que las baterías sean longevas, seguras y no requieran en absoluto de mantenimiento, mejorando la calidad de los electrodos e instalando sistemas de refrigeración eficientes y autónomos, algo que tendremos que considerar a la hora de elegir un modelo u otro.

Artículos relacionados

Vida y muerte de una batería de ion-litio (I)
Vida y muerte de una batería de ion-litio (II)
¿Sufren de “efecto memoria” las baterías de ion-litio?

Fuentes | 4R Energy | Gigaom


© Foro Coches Eléctricos | Este feed es de uso personal, sí quieres hacer un uso comercial contacta con nosotros.



Energias renovables

10 Comment responses

  1. Avatar
    May 26, 2013

    Gracias por este articulo es razonable y muy instructivo y le da la oportunidad a las personas la oportunidad de tomar una buena dicisión a la hora de adquirir un carro eléctrico.

    Reply

  2. Avatar
    May 26, 2013

    Entonces el caso de el taxista de Valladolid, cual es? La carga y la descarga todos los días, ira despacito para no descargarla rápido, o tendremos que esperar hasta que ocurra lo inevitable?

    Reply

  3. Avatar
    May 26, 2013

    Gracias por el articulo Luis por que dejas las cosas muy claras y es más que evidente que comprarse un electrico puro es casi un suicidio a dia de hoy, si sumamos poca autonomia+degradación de la bateria por uso recargas rapidas o altas dosis de potencia+ altas temperaturas el resultado ¡¡¡Ni de coña se os ocurra compraros una cosa de estas!!!. Por cierto me ha hecho mucha gracia cuando mencionas no dejar el coche muchas horas al Sol sobretodo en verano, es que no paraba de partirme de risa.

    Reply

  4. Avatar
    May 26, 2013

    Muy interesante el tema de usar las baterias desechadas para almacenamiento de renovables.

    Si los 20 kw de baterias usadas salen a un precio razonable serán una gran opción para complementar unas placas solares en casa y liberarte de la esclavitud de Las Electricas

    Reply

  5. Avatar
    May 26, 2013

    Anónimo, yo tampoco dejo mi térmico al sol en verano si puedo evitarlo. Se estropea la tapicería y los plásticos, se aclara la pintura y también se resecan gomas y manguitos. Cuando llegue el calor. Un eléctrico no te deja tirado porque haga 30ºC, cuando llegue el calor ya me dirás cuantos térmicos ves humeando en el arcén con el capó abierto.

    http://www.youtube.com/watch?v=KUy38PqH94M

    Creo que las baterías tienen, pueden y van a mejorar, pero las actuales están a la altura si el que las usa sabe cómo. Esa es la intención de esta entrada.

    Saludos

    Reply

  6. Avatar
    May 26, 2013

    Anonimo, decirle a Luis que ha quedado claro la finalidad de tu articulo “la opción de alquiler de batería es un concepto muy interesante que permite al usuario despreocuparse de garantías y posibles fallos a largo plazo.”Lo que verdaderamente es interesante es que el usuario tenga la tecnologia en baterias que ya existe en cuanto a capacidad y rendimiento y que por supuesto por el precio que ponen los VE la bateria este incluida y con una garantia que te solucione los posibles problemas que tu planteas.

    Reply

  7. Avatar
    May 26, 2013

    Me parece muy interesante el apartado de la reutilización de las baterías cuando ya han pedido potencia y dejan de ser aptas para los vehículos. Cabe plantearse la posibilidad de usarla en hospitales para casos de apagones, u otros usos. Debería existir una planificación al respecto, de tal forma que no generemos basura y le demos un ciclo de vida más larga, con la consiguiente mejora de eficiencia para la sociedad.
    Si finálmente el coche eléctrico comenzara a emplearse de forma más o menos masiva no debemos olvidarnos de este apartado.

    Reply

  8. Avatar
    May 26, 2013

    Gran artículo Luis, como siempre, es un lujo.

    Lo del reciclado si Nissan nos lo permite será lo que haré en el futuro con mi Leaf, ahora tengo un conjunto de placas y mini eólica en casa conectados, y cuando le cambie la batería al coche la usaré para desconectarme de la red.

    Aunque para entonces espero que los inútiles del PP-PSOE ya estén en la puxx calle todos y tengamos un gobierno que realmente trabaje por el bien común, no para los Bárcenas, Blesa, Aznar y compañía.

    Reply

  9. Avatar
    July 14, 2014

    La empresa Regusciair hace autos a aire comprimido, carga un minuto, duracion de los tanques de aire no tienen memoria o sea ilimitada, tiempo de vida ilimitado, perdida de carga nula,
    Autonomia 100 kilometros, velocidad 80 kilometros por hora.
    Tambien hacemos motos omnibus tractores y demas.

    Reply

  10. Avatar
    December 29, 2014

    Creo que el electrodo de compuesto de litio es el ánodo, no el cátodo. No estoy seguro 100%.

    Reply

Leave a comment