Los minerales clave en la batería de un coche eléctrico

Aunque sabemos de memoria algunos de los componentes que dan forma a las baterías de los coches eléctricos, pocos sabrían decir el porcentaje de cada elemento. Una composición que se ha desglosado en un artículo publicado por Transport and Environment, que nos permite ver de una forma gráfica qué y cuánto protagonismo tiene cada elemento.

El pack está formado por componentes que tienen diferentes trabajos. Unos forman partes intrincadas de la celda para asegurar el flujo de la corriente, mientras que otros la protegen tanto de daños externos como internos.

Esta infografía nos permite desglosar los minerales clave de una batería de coche eléctrico. El contenido mineral se basa en la «batería media en 2020», es decir, el promedio ponderado de las composiciones químicas de las baterías en el mercado en 2020, donde la química NMC era la gran dominadora antes de la irrupción de las económicas LFP.

La mezcla de minerales de la batería de un coche eléctrico

Las celdas de una batería medio con una capacidad de 60 kWh, contenían aproximadamente 185 kilogramos de minerales. Esta cifra excluye los materiales del electrolito, el aglutinante, el separador y la carcasa del paquete de baterías.

El cátodo contiene la mayor variedad de minerales y es posiblemente el componente más importante, complejo y costoso de la batería. Su composición es un factor determinante en el rendimiento de la batería, ya que cada mineral ofrece una ventaja única.

Por ejemplo, las baterías NMC, que representaron el 72% de las baterías utilizadas en vehículos eléctricos en 2020 (excluyendo China), tienen un cátodo compuesto de níquel, manganeso y cobalto, además de litio. El mayor contenido de níquel en estas baterías tiende a aumentar su densidad energética, lo que aumenta la autonomía. El cobalto y el manganeso suelen actuar como estabilizadores en las baterías NMC, mejorando su seguridad.

En total, los materiales del cátodo representan el 31,3% del peso mineral de la batería media producida en 2020. Esta cifra no incluye el aluminio, que se utiliza en las químicas de cátodos de níquel-cobalto-aluminio (NCA), pero que también se utiliza en otras partes de la batería para la carcasa y los colectores de corriente.

Mientras tanto, el grafito ha sido el material predilecto para los ánodos debido a su coste relativamente bajo, abundancia y larga vida útil. Dado que todo el ánodo está compuesto de grafito, es el componente mineral más grande de la batería. Otros materiales incluyen el acero en la carcasa, que protege la celda de daños externos, junto con el cobre, utilizado como colector de corriente para el ánodo.

Esta infografía utiliza datos de la Federación Europea de Transporte y Medio Ambiente para desglosar los minerales clave de una batería de vehículo eléctrico. El contenido mineral se basa en la «batería promedio de 2020», es decir, el promedio ponderado de las composiciones químicas de las baterías en el mercado en 2020.

La mezcla de minerales de la batería

El cátodo contiene la mayor variedad de minerales y es posiblemente el componente más importante y costoso de la batería. Su composición es un factor determinante en el rendimiento de la batería, ya que cada mineral ofrece una ventaja única.

Por ejemplo, las baterías NMC, que representaron el 72% de las baterías utilizadas en los coches eléctricos en 2020 (excluyendo China), tienen un cátodo compuesto de níquel, manganeso y cobalto, además de litio. El mayor contenido de níquel en estas baterías tiende a aumentar su densidad energética, es decir, la cantidad de energía almacenada por unidad de volumen, lo que aumenta la autonomía del vehículo eléctrico. El cobalto y el manganeso suelen actuar como estabilizadores en las baterías NMC, mejorando su seguridad.

En total, los materiales del cátodo representan el 31,3% del peso mineral de la batería promedio producida en 2020. Esta cifra no incluye el aluminio, que se utiliza en las químicas de cátodos de níquel-cobalto-aluminio (NCA), pero que también se utiliza en otras partes de la batería para la carcasa y los colectores de corriente.

Mientras tanto, el grafito ha sido el material predilecto para los ánodos debido a su costo relativamente bajo, abundancia y larga vida útil. Dado que todo el ánodo está compuesto de grafito, es el componente mineral más grande de la batería. Otros materiales incluyen el acero en la carcasa, que protege la celda de daños externos, junto con el cobre, utilizado como colector de corriente para el ánodo.

Existen varios tipos de baterías de iones de litio con diferentes composiciones de minerales catódicos. Sus nombres suelen hacer referencia a la descomposición de sus minerales.

Composición del cátodo de las baterías NMC811:
80 % níquel,
10 % manganeso,
10 % cobalto
Composición del cátodo de las baterías NMC523 :
50 % níquel,
20 % manganeso,
30 % cobalto

Dado que los consumidores buscan modelos de mayor autonomía, los cátodos ricos en níquel se han popularizado por su elevada densidad energética. De hecho, las composiciones químicas basadas en níquel representaron el 80% de la capacidad de las baterías de los nuevos vehículos eléctricos en 2021.

Posteriormente, han comenzado su expansión, fuera de China, las celdas de litio-ferrofosfato (LFP) que destacan por no utilizar níquel, cobalto o manganeso, pero a cambio ofrecen densidades energéticas más bajas a un precio más competitivo.

A diferencia de las baterías de níquel, que utilizan compuestos de hidróxido de litio en el cátodo, las baterías LFP utilizan carbonato de litio, una alternativa más económica, que no ha acelerado su reducción de costes en los últimos dos años gracias a su expansión comercial.

El mercado de baterías aún está en sus inicios, con perspectivas por delante para crecer de forma sustancial, tanto en densidad, vida útil y reducción de costes. La composición química de las baterías está en constante evolución, con algunas alternativas incluso más económicas que las LFP, las baterías de sodio, o con mayor densidad energética que las NMC, como son las celdas con electrolito sólido.