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

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