Tesla y la ciencia detrás de la batería de próxima generación con un millón de millas - World Energy Trade

Tesla y la ciencia detrás de la batería de próxima generación con un millón de millas

Tesla, GM y otras grandes automotrices están en búsqueda de baterías que permitan mayor alcance y más durabilidad.

Tesla, GM y otras grandes automotrices están en búsqueda de baterías que permitan mayor alcance y más durabilidad.

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La química que hasta ahora ha impulsado los vehículos eléctricos se ha fundamentado en baterías de iones de litio, sin embargo, parece que muy pronto esto va a cambiar, el enfoque ahora se ha convertido en litio-hierro. Tesla se ha enfocado en esta nueva tecnología para sus vehículos de última generación.

La nueva tecnología de baterías que ahora es posible permitiría que los vehículos eléctricos reduzcan sus costos, alcancen autonomía entre recargas de 650 Km (400 millas) y dure hasta 1 millón de millas. Este cambio tecnológico puede estimular a cifras sin precedentes en las ventas de vehículos eléctricos.

Se espera que los vehículos con baterías de iones de litio den paso en los próximos años a automóviles fabricados con litio-ferrofosfato (Li-iron phosphate) y otras químicos.

La batería del millón de millas está llegando, ¿por qué es importante?
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La nueva tecnología cambiará la experiencia de tener un vehículo eléctrico, sin importar si es de Tesla, General Motors o cualquier otro. En particular, la vida extremadamente larga de las baterías que pronto llegarán al mercado es probable que signifique que las baterías mantendrán su valor como para mantener utilidad cuando los propietarios decidan vender sus automóviles, o sean revendidas posiblemente para su uso almacenando electricidad solar para los hogares.

Las baterías que puedan durar el doble de tiempo por el mismo precio cambian completamente las matemáticas para el consumidor. Las baterías de Li- hierro fosfato son más seguras, y pueden tener segunda o tercera vida como almacenamiento de electricidad.

El cobalto en las baterías actuales de Li-ion

Shirley Meng, científico de materiales y profesora de la Universidad de California en San Diego que dirige el Centro de Energía y Energía Sostenible, dijo que los esfuerzos para reducir el uso del cobalto ya han estado en curso durante algunas décadas, y Tesla ha hecho avances significativos con la ayuda de Jeff Dahn, un asesor técnico externo de Tesla, un profesor de la Universidad Dalhousie en Canadá que es un experto en baterías y almacenamiento de energía.

Eliminar el raro, caro y controvertido elemento cobalto de las baterías es uno de los mayores objetivos.

Ahora bien, una de las principales ventajas de construir baterías con cobalto es la facilidad con la que permite diseñar estructuras químicas complejas.

El Li-hierro fosfato, por su parte, nunca ha demostrado ser eficiente en el segmento de vehículos eléctricos, sino que fue diseñado originalmente para el mercado de almacenamiento en red debido a su perfil de densidad de energía. Pero su química es adecuada para la carga rápida y la rentabilidad porque no depende del cobalto.

¿Por qué es clave eliminar el cobalto?

La diferencia clave en las baterías de iones de litio y hierro es que no necesitan usar cobalto, un elemento raro y costoso que es una gran parte del alto costo de las baterías de vehículos eléctricos.

Los precios del cobalto se han desplomado durante la recesión económica mundial, disminuyendo de hasta US$ 95,000 por tonelada en 2018 a US$ 30,000 este año, pero sigue siendo clave para reducir los costos de la batería.

El cobalto es, por mucho, el elemento más caro de una batería de iones de litio.

El cobalto es uno de los mayores elementos que impactan en la reducción del costo de las baterías por debajo de US$ 100 por kWh, este es un umbral aproximado para hacer vehículos eléctricos tan baratos como los impulsados por motores de combustión interna, dijo James Frith, jefe de almacenamiento de energía en Bloomberg New Energy Finance.

Las baterías de hoy cuestan alrededor de US$ 147/kWh, en el 2010 su costo era de alrededor de US$1,000 /kWh y US$ 381/kWh en 2015.

Límites en la reducción de precios

Meng advirtió que hay un límite a las mejoras de precios que provienen de la reducción de sólo cobalto, y eso es porque el diferencial de precios entre el cobalto y el níquel se ha reducido en los últimos años.

La tecnología primaria de baterías para EV de Tesla es NCA (basada en la química de óxido de níquel-cobalto-aluminio). La mayor parte de la industria automotriz utiliza una química de batería NMC (níquel-manganeso-cobalto). Pero con el níquel como parte importante de ambos enfoques, las reducciones en el cobalto por sí solas no pueden impulsar cambios continuos en los precios.

Con este enfoque va a ser difícil alcanzar precios por debajo de US$100 por kilovatio, dijo Meng de la química actual de níquel y cobalto.

Tesla se dio cuenta de que no pueden deshacerse del cobalto y recientemente firmó un nuevo acuerdo a largo plazo con el gigante de las materias primas Glencore para suministrar cobalto para sus plantas de baterías en Shanghai y Berlín.

Dijo que la tecnología actual de la batería, incluyendo NMC, sigue siendo contendiente para alcanzar el umbral de millones de millas, pero no será capaz de hacerlo sobre una base rentable con las concentraciones de níquel actuales.

La tecnología basada en Li-hierro fosfato, que no requiere níquel o cobalto, en investigaciones de laboratorio muestran que hay una posible vía para alcanzar precios hasta US$ 80/kWh.

Romper la barrera de los US$ 100/kWh implica cambios importantes, el más obvio es que el costo de los vehículos eléctricos podría equipararse para 2023 al de los motores de combustión interna.

Los vehículos eléctricos también pueden ser más útiles a medida que aumentan sus rangos, y una mejor propuesta de valor porque las baterías deben tener valor de reventa, posiblemente para el almacenamiento de energía solar residencial, porque durarán más que los vehículos con los que se venden.

Tesla y el mercado chino

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Un proveedor emergente clave para Tesla es el fabricante chino de baterías Contemporary Amperex Technology, o CATL, que también está trabajando con Volkswagen. El presidente de CATL dijo recientemente que está listo para hacer baterías que duren hasta 16 años, o 1.2 millones de millas, según un informe de Bloomberg.

En junio, un ministerio del gobierno chino anunció que Tesla había recibido la aprobación para construir un Tesla Model 3 con una batería de Li-hierro fosfato.

Si bien no se ha hecho ningún anuncio público sobre el proveedor de baterías, se cree que las baterías CATL son una razón por la que Tesla es capaz de hacer que los sedanes del Modelo 3 sean más baratos para el mercado chino que para las ventas de Estados Unidos.

General Motors con una visión más inmediata

En GM el desarrollo de las baterías está reduciendo el contenido de cobalto a alrededor del 4.5% de la batería, en vez del 18%, con más manganeso, níquel y aluminio.

La reducción del cobalto utilizado en las baterías no es el cambio revolucionario como el que ofrece el Li-hierro fosfato, pero GM está pensando en términos de lo que es posible lograr en los próximos años. La apuesta al Li-hierro fosfato puede llevar varios años en consolidarse.

La reducción del cobalto permitirá a GM cruzar el umbral de US$ 100/kWh al tiempo que permitirá una fabricación flexible a la empresa para adaptar mejor las baterías a las diferentes necesidades de automóviles, camiones y SUV, dijo Andy Oury, arquitecto principal de GM para baterías EV.

Un cambio radical en la propiedad del automóvil

Las nuevas baterías probablemente marcarán una gran diferencia que impulsará la aceptación por parte de los consumidores de EV: mejorar la percepción de su confiabilidad y hacer que la compra ya no parezca una excentricidad y sea menos exótica para los consumidores. Esto aumentará la participación de mercado de los vehículos eléctricos.

Ese movimiento podría ser similar al de cuota de mercado que Hyundai hizo a mediados de la década de 2000, cuando comenzó a ofrecer garantías de 100,000 millas en automóviles nuevos.

Los consumidores estadounidenses compraron casi un 50% más Hyundai en 2005 que en 2002, y la marca duplicó su cuota de mercado en 2011.

La batería de un millón de millas podría ayudar a los vehículos eléctricos a eliminar los temores de su corto alcance y alto costo de reemplazo de la batería.

En el laboratorio está quedando claro que es posible hacer una batería de larga duración, y la tecnología de batería de próxima generación puede alcanzar el potencial de millones de millas en los próximos cinco años, dijo Meng.

Eso no sólo sería un cambio de juego para los vehículos eléctricos, sino para el mercado de almacenamiento de energía en red, para el que fue diseñada originalmente la tecnología de Li-hierro fosfato. Un impulso importante en la producción beneficiaría la ecuación de costos para ambos mercados.

Esto es bastante realista y es factible esperar que llegue antes de 2025, dijo Meng. El fosfato de litio y sus versiones mejoradas tendrán un papel importante en el futuro de los vehículos eléctricos y cambiarán fundamentalmente el almacenamiento de energía a gran escala.

 

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