En la actualidad el uso y mejora de las baterías de litio han dotado de mayor autonomía a las baterías del vehículo eléctrico, llegando a autonomía del orden aproximado de 500 km. No obstante, se siguen desarrollando nuevos procedimientos para dotar a las baterías de no solo una autonomía mayor, sino que también se estudia el alargamiento de su vida útil y un aumento en la capacidad y velocidad de carga.
Grafeno.
Se está investigando un material que hasta ahora no había tenido presencia en las baterías, el grafeno. Este material se compone de una estructura de carbón de un átomo de espesor.
Este material presenta características muy novedosas, tales como:
- Conductividad térmica y eléctrica altas.
- Al ser alcanzado por la luz, este material genera conducción eléctrica.
- Material muy duro, aproximadamente equivale a una dureza 100 veces superior a una supuesta lámina de acero y más duro que el diamante.
- Es un material elástico y ligero, tan ligero como la fibra de carbono, pero más flexible.
- Reacciona químicamente con otros compuestos para variar sus propiedades.
- Estructura compacta, tanto que a las moléculas más pequeñas (helio) les resulta imposible atravesarlas.
- Es autorreparable, es decir, cuando la lámina sufre daño, las partículas se atraen entre sí para la nueva unión.
- Este material está siendo aplicado en las recientes investigaciones que se producen con baterías de litio-azufre (Li-S).
Batería de grafeno, ventajas
Es una tecnología reciente la cual presenta una gran ventaja respecto a las baterías de litio actuales, pues su densidad de energía oscila sobre los 2600 Wh/Kg (infinitamente superior a cualquier batería actual) lo que conlleva que esta batería pueda tener un tamaño reducido que implica una mayor autonomía para el vehículo eléctrico debido a la disminución de peso. Además de esto, el azufre es un material económicamente viable. El funcionamiento de esta batería consiste en un cátodo de azufre que interactúa con el litio del ánodo formando cadenas estructurales denominadas poli-sulfuros. Después de algún ciclo carga-descarga, estas cadenas se unen al ánodo y cátodo degradando el material activo de la batería. Unido a esto, también existen problemas derivados a la variación de volumen del azufre (en torno al 80 % de variación) y de su baja conductividad eléctrica.
Para mitigar este problema, se diseñaron estructuras de grafeno que envuelven al azufre y permiten una buena conductividad eléctrica y disponen de espacio libre para la expansión del azufre, denominadas Rgo/N-YSHCS/S.
Este revestimiento dio como resultado una alta capacidad reversible (800 mAh g-1 a 0,2ºC después de 100 ciclos) y un buen rendimiento de alta velocidad (636 mAh g-1 a 1ºC, 540 mAh g-1 a 2 C). [60]
Supercondensadores.
Estos sistemas surgen ante la necesidad de que los vehículos presten al vehículo más autonomía, aparte de una notable aceleración. Por un lado, las baterías ofrecen mayor densidad energética (cantidad de energía que pueden almacenar por unidad de volumen) que los supercondensadores, lo cual dota al vehículo de más autonomía que si solo se implementasen supercondensadores. Sin embargo, el principal detractor de las baterías es que no tienen la capacidad de entregar de forma instantánea grandes picos de potencia en un tiempo ínfimo, pues se sobrecalentarían llevando a tener pérdidas en la vida útil. Es ahí cuando los supercondensadores usan la gran densidad de potencia que tienen para dotar de aceleración al vehículo.
Por tanto, un buen sistema híbrido lograría mejorar la vida de la batería, pues no te va a producir el sobrecalentamiento en ella cuando demandes gran cantidad de potencia instantáneamente.
Sin ir más lejos, en la conferencia internacional sobre el procesamiento de señal, comunicación, energía y sistema integrado un grupo de ingenieros de la Universidad de Vishakhapatnam en la india implementó un sistema híbrido para implementación en vehículos eléctricos y vehículos híbridos constituido por una batería de plomo-ácido, al que se le añade un convertidor continua-continua (dc/dc) con una topología reductora-elevadora (buck-boost) de tensión y un supercondensador.
Se observó el comportamiento de este sistema ante tres modos de operación del vehículo:
1) Cuando se produce aceleración.
2) Cuando se opera a velocidad de crucero (moderada).
3) Cuando se produce frenada regenerativa.
Una vez hechas las pruebas, se concluye que la batería cuando se produce aceleración reduce su esfuerzo de carga en un 54 % gracias al supercondensador.
Este tipo de sistemas hoy en día están ocupando soluciones a nivel de red, evitando el uso de generadores diésel y turbinas, aunque se está contemplado el desarrollo de estos sistemas (sobre todo el Volkswagen) para su implementación comercial en un futuro cercano.
Electrolito sólido
Básicamente se trata de una batería donde no existen los materiales líquidos inflamables presentes en el electrolito que separa ánodo y cátodo, del resto de baterías de Litio. Además, con este tipo de baterías se podría conseguir unas densidades energéticas muy altas, capaces de proporcionar autonomías superiores a los 600 km reales. Son numerosos los proyectos de investigación de China, Japón y EEUU que apuestan por este tipo de batería. Sin duda el mercado de las baterías promete y en pocos años pasará de los actuales 23.000 millones de facturación a más de 84.000 millones de dólares para 2025.