El auge del coche eléctrico y las energía renovables está impulsando la demanda de baterías hasta límites nunca antes vistos. Esto plantea un reto enorme para el sector de las materias primas, ya que muchas de ellas están catalogadas como críticas.
Cada vez es más complicado satisfacer la demanda de sistemas de almacenamiento de energía que el mundo reclama. No porque no exista mano de obra suficiente para fabricarlas, sino porque estas solicitan materias primas que no son fáciles de conseguir.
En este panorama, dos sectores destacan sobre el resto por el enorme impulso que han experimentado en los últimos años: el coche eléctrico y las energías renovables. Ambos lideran el incremento de demanda de baterías que, según un reciente informe de McKinsey & Company, crecerá un 19 % de aquí a 2030. Eso, en la práctica, implica un crecimiento desde los 291 GWh de 2020 hasta los 3562 GWh que se prevén a finales de la década.
Materias primas críticas
Con el coche eléctrico contribuyendo a dicho aumento en un 95,14 % del total de demanda de baterías durante la presente década, queda claro que la industria del automóvil se enfrenta a un considerable reto en lo que a producción y disponibilidad de baterías respecta.
Esto viene propiciado principalmente por el hecho de que las baterías que monopolizan el mercado, las de iones de litio, necesitan materias primas catalogadas por los organismos internacionales como críticas. No sólo eso, además la crisis energética está propiciando que sus precios marquen cifras récord, encareciendo el coste de las baterías.
Un ejemplo muy claro de ello es la situación del mercado del litio o la escasez que comienza a haber de grafito. Por todo ello, urge encontrar una alternativa sólida a la batería de litio que, además de demandar materias primas abundantes en la naturaleza y más baratas, ofrezcan un nivel de rendimiento objetivamente compatible con las necesidades de los coches eléctricos.
Las baterías que pueden sustituir a las de litio
Con la premisa de encontrar una batería con buen rendimiento que demande materias primas abundantes en la naturaleza, así como que su extracción origine un bajo impacto en la misma y no vulnere los derechos humanos fundamentales, organismos como CIC energiGUNE trabajan en el desarrollo de nuevas tecnologías y químicas que hagan viable un relevo para las de iones de litio.
Baterías de Zinc-Aire
Este tipo de batería se caracteriza por el uso del zinc para la elaboración del ánodo, un elemento fácilmente reciclable y económico.
En este tipo de baterías, destaca el uso de materiales muy abundantes y respetuosos con el medio ambiente, como es el caso del oxígeno, que funciona como material activo catódico. Además, se utiliza un electrolito acuoso no tóxico ni inflamable que proporciona a la batería de mayor manejabilidad y seguridad.
A todo esto hay que sumar el hecho de que la densidad energética y la potencia de las baterías de zinc-aire es superior a la de iones de litio. Sin embargo, también plantea inconvenientes, destacando el hecho de que la posibilidad de recarga no ha comenzado a desarrollarse hasta hace poco mediante el uso de electrocatalizadores con base de níquel, manganeso, plata o hierro (ninguno de ellos materiales críticos).
Baterías de sodio-ion
Grandes fabricantes como CATL o BYD ultiman ya el lanzamiento al mercado de este tipo de baterías, que cuentan con varias ventajas y algunos inconvenientes.
Lo primero es que se elaboran a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza, evitando así una explotación intensiva y un incremento de los costes de producción. De hecho, las baterías de sodio son consideradas la puerta de entrada hacia el coche eléctrico barato, ya que reducen los costes de manera considerable con respecto a las de litio.
Esto también tiene que ver con el hecho de que el sodio es un elemento que pertenece al mismo grupo de metales alcalinos que el litio. Esto permite el uso de maquinaria similar a la ya implantada en la industria. Sin embargo, su rendimiento es algo menor a consecuencia de una inferior densidad energética, por lo que este tipo de baterías va a destinarse principalmente a uso estacionario y vehículos de bajo y medio coste con autonomías de no más de 500 kilómetros.
Baterías CoFBAT
El cobalto es un material crítico esencial en las baterías de litio y que, además, proviene principalmente de la República Democrática del Congo, donde se vulneran sistemáticamente los derechos humanos de los trabajadores de las minas.
Por eso, resulta vital encontrar baterías libres de cobalto como las CoFBAT, que se basan en cátodos libres de este metal y los combinan con un electrolito en gel. De llegar al mercado, producirían un abaratamiento de los costes, una mayor seguridad y durabilidad, así como una reducción de la dependencia de China para Europa.
Baterías de flujo redox
Este tipo de batería es especialmente interesante para su aplicación estacionaria en combinación con energías renovables. Las baterías de flujo redox («red» de reducción y «ox» de oxidación de electrones o liberación) con electrolito de vanadio funcionan haciendo circular un electrolito líquido bombeado desde unos tanques hacia un stack de celdas electroquímicas con una membrana que separa ánodo y cátodo.
Las reacciones de oxidación y reducción en los electrodos generan una diferencia de potencial entre las disoluciones a cada lado de la membraba que permiten almacenar energía. Sin embargo, para ser realmente interesantes deben prescindir del vanadio, un material crítico que suele utilizarse como electrolito. De momento, es un reto aún en proceso de consolidación.
Baterías anodeless
El último tipo de batería con potencial para coger el relevo de las de litio del que vamos a hablar en esta ocasión es la que prescinde del ánodo de litio metálico. Gracias a ello, son más fáciles de ensamblar, más seguras, tienen una mayor densidad energética y son menos costosas. Y, por supuesto, más sostenibles.
Sin embargo, los investigadores se han encontrado con la desventaja de que, al carecer de cualquier exceso de litio, este tipo de batería necesita de una eficiencia cercana al 100%, algo que de momento supone un reto mayúsculo.
Hay más ejemplos de tecnologías y químicas con potencial para convertirse en la batería del futuro pero, de momento, ninguna de ellas cuenta con la suficiente madurez como para amenazar el reinado del litio.
