900 km de autonomía reales: CATL desarrolla una batería con 350 Wh/kg y estándar de seguridad aeronáutica

CATL acaba de dar un paso importante en el desarrollo de baterías de alta densidad energética. El fabricante chino ha confirmado que una de sus nuevas celdas prismáticas, con una densidad de 350 Wh/kg, ha superado unas exigentes pruebas de seguridad desarrolladas para aplicaciones aeronáuticas. Aunque el primer destino de esta tecnología serán los aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical, conocidos como eVTOL, sus características también abren una posibilidad especialmente interesante para los coches eléctricos.

La clave está en combinar una elevada densidad energética con un nivel de seguridad suficiente para aplicaciones donde un fallo de batería puede tener consecuencias especialmente graves. CATL ha sometido sus celdas a pruebas de propagación térmica, provocando deliberadamente el calentamiento descontrolado de dos celdas situadas junto a otras en diferentes zonas del pack. A pesar de ello, el incendio o aumento de temperatura no se propagó al resto de las celdas.

La prueba tiene especial relevancia porque el fenómeno conocido como fuga térmica puede desencadenar una reacción en cadena dentro de una batería. Una celda comienza a aumentar su temperatura de forma descontrolada y, si el sistema de protección no consigue aislarla, puede provocar el calentamiento de las celdas próximas. En el caso de CATL, el sistema consiguió evitar esta propagación incluso cuando las celdas afectadas estaban situadas en diferentes posiciones del pack.

Las pruebas fueron presenciadas y revisadas por representantes designados por la Administración de Aviación Civil de China (CAAC), lo que permitirá utilizar los resultados como parte del proceso posterior de certificación aeronáutica del sistema de batería. Es un detalle importante, ya que los requisitos de seguridad para una aeronave son especialmente exigentes y cualquier reducción del peso tiene además un impacto directo sobre su capacidad para transportar pasajeros.

Una batería pensada para volar que también puede cambiar los coches eléctricos

CATL ha desarrollado esta celda pensando inicialmente en aplicaciones eVTOL, un sector en el que cada kilo cuenta. Las aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical necesitan transportar suficiente energía para ofrecer autonomía, pero al mismo tiempo no pueden permitirse utilizar baterías excesivamente pesadas. Por eso la densidad energética se ha convertido en uno de los grandes objetivos de esta industria.

Según CATL, la mayoría de los eVTOL utilizan actualmente celdas con densidades de entre 280 y 320 Wh/kg. Los 350 Wh/kg de esta nueva celda colocan a la compañía en la parte alta del mercado y permiten reducir el peso necesario para almacenar una determinada cantidad de energía. A igualdad de capacidad, una batería más ligera permite aumentar la carga útil, mejorar la autonomía o combinar ambas ventajas.

La primera aplicación anunciada será el eVTOL tripulado de Autoflight, una aeronave que utiliza esta tecnología para mejorar sus prestaciones. La compañía china fabrica diferentes modelos y uno de ellos es el V2000EM Prosperity, un aparato con seis plazas, una envergadura de 15 metros y un peso máximo al despegue de 2.400 kg. Su autonomía operativa anunciada alcanza los 200 kilómetros y puede trabajar a una altitud máxima de 3.000 metros.

Pero la parte más interesante para el automóvil está en otro punto. Una celda desarrollada para una aeronave no tiene por qué quedarse limitada a la aviación. Si CATL consigue fabricar estas celdas a gran escala y trasladar su elevada densidad energética a los sistemas utilizados por los fabricantes de automóviles, el potencial para los coches eléctricos es enorme.

Hay que tener en cuenta que los 350 Wh/kg corresponden a la celda y no al conjunto de la batería. Cuando se monta un pack aparecen elementos adicionales como la estructura, el sistema de refrigeración, las conexiones, los sistemas de protección y la electrónica de control. Por tanto, la densidad energética final del pack será sensiblemente inferior. Esta diferencia es importante y no permite trasladar directamente los 350 Wh/kg de la celda al coche completo.

Aun así, la mejora resulta suficientemente importante como para hacer una estimación sencilla. Si tomamos como referencia un coche que actualmente consigue 650 kilómetros homologados utilizando celdas de 250 Wh/kg, y suponemos que el resto de variables permanece exactamente igual, el salto hasta 350 Wh/kg supondría un incremento energético del 40%.

Aplicando esa misma proporción a la autonomía, el resultado teórico sería de aproximadamente 910 kilómetros. Es decir, un coche que hoy homologase 650 kilómetros con celdas de 250 Wh/kg podría situarse alrededor de los 910 kilómetros si utilizase celdas de 350 Wh/kg manteniendo el mismo consumo, el mismo peso y el mismo aprovechamiento de la batería.

Por supuesto, esto no significa que los futuros coches eléctricos vayan a homologar automáticamente 910 kilómetros. Es una estimación matemática para mostrar el potencial de una mejora de este calibre. En un vehículo real habría que tener en cuenta la densidad energética del pack completo, el peso adicional del sistema de batería, la aerodinámica, el consumo, la gestión térmica y las pérdidas durante la carga y descarga.

Precisamente por eso, una tecnología de 350 Wh/kg también podría utilizarse de otra manera. En lugar de aumentar la autonomía hasta el máximo posible, un fabricante podría mantener una autonomía similar a la actual y utilizar una batería mucho más pequeña y ligera. El coche podría pesar menos, consumir menos energía y conservar una autonomía elevada, una combinación especialmente interesante para las berlinas eléctricas y los vehículos de menor tamaño.

También permitiría reducir el espacio ocupado por la batería. Si se necesita almacenar la misma cantidad de energía con celdas de mayor densidad, se puede conseguir utilizando menos material y un volumen inferior. En un coche eléctrico esto puede traducirse en más espacio para los pasajeros, una reducción del peso total o una combinación de ambas ventajas.

CATL asegura además que la nueva celda está preparada para entrar en producción en grandes cantidades. El primer modelo que la utilizará será precisamente el eVTOL de Autoflight, pero la tecnología podría acabar teniendo recorrido en otros sectores si la producción y los costes evolucionan favorablemente.

Este último punto es especialmente relevante para el automóvil. Una cosa es conseguir una celda con una densidad energética extraordinaria en condiciones de laboratorio y otra muy distinta es producir millones de unidades con un coste competitivo, una elevada vida útil y unos estándares de seguridad adecuados para un coche que puede permanecer aparcado durante horas bajo el sol o circular durante cientos de miles de kilómetros.

Por ahora, los 350 Wh/kg tienen como principal objetivo hacer más viables los eVTOL, donde cada kilogramo resulta crítico. Sin embargo, el salto tecnológico también puede terminar llegando a los coches eléctricos. Si la industria consigue llevar esta densidad desde la celda hasta packs producidos en grandes volúmenes, el potencial es considerable: más autonomía sin aumentar el tamaño de la batería, o la misma autonomía con un coche mucho más ligero.

Y ahí está probablemente la consecuencia más interesante. No estamos hablando únicamente de conseguir coches eléctricos capaces de superar los 900 kilómetros. Una batería más densa puede permitir fabricar coches eléctricos más ligeros, eficientes y con baterías más pequeñas, reduciendo el consumo de energía y, potencialmente, también el coste de fabricación.

Puntos clave

• CATL ha desarrollado una celda prismática de 350 Wh/kg.
• La nueva celda ha superado pruebas de seguridad con requisitos destinados a aplicaciones aeronáuticas.
• Las pruebas provocaron deliberadamente fuga térmica en celdas para comprobar que el calor no se propagase al resto del pack.
• La tecnología está destinada inicialmente a aviones eléctricos eVTOL.
• CATL asegura que la celda está preparada para producción a gran escala.
• Las celdas de 350 Wh/kg también podrían utilizarse en coches eléctricos en el futuro.
• Tomando como referencia 650 kilómetros con celdas de 250 Wh/kg, la estimación proporcional con 350 Wh/kg alcanza unos 910 kilómetros.
• Los 910 kilómetros son una estimación teórica y no una autonomía homologada anunciada por CATL.
• En un coche real, la densidad energética del pack será inferior a la de la celda.
• La tecnología también podría utilizarse para reducir el tamaño y peso de las baterías manteniendo una autonomía elevada.