La tecnología de las baterías evoluciona cada vez más y desempeña un papel importante para satisfacer las demandas energéticas del futuro. Este artículo detalla los últimos avances en la tecnología de baterías de nueva generación y sus implicaciones para 2025.
Últimas tendencias en tecnología de baterías de nueva generación.
Evolución de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio evolucionan rápidamente hacia densidades de energía más altas y vidas útiles más largas. Las últimas investigaciones y desarrollos están dando lugar a baterías de alto rendimiento con densidades energéticas superiores a 1.200 Wh/L. Esto es aproximadamente 1,7 veces la densidad energética de las baterías de iones de litio convencionales y tiene el potencial de ampliar significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos.
Además, se espera que el desarrollo de nuevos materiales de electrodos basados en la nanotecnología acorte los tiempos de carga y prolongue la vida útil de las baterías. Por ejemplo, se ha informado de que los materiales de ánodo que utilizan nanocables de silicio tienen más de 10 veces la capacidad de los ánodos de grafito convencionales. Si esta tecnología se pone en práctica, la duración de las baterías de los smartphones podría más que duplicar la actual.
Además, se están investigando materiales de electrodos basados en el grafeno, que podrían reducir considerablemente los tiempos de carga. Un equipo de investigación de la Universidad de Manchester ha utilizado con éxito electrodos basados en grafeno para multiplicar por cinco o más la velocidad de carga de las baterías convencionales. Si esta tecnología se comercializa, los vehículos eléctricos podrían recargarse en una vigésima parte del tiempo que tardan hoy en hacerlo, y podrían ofrecer el mismo nivel de comodidad que los vehículos de gasolina.
Auge de las baterías de estado sólido.
Las baterías de estado sólido se presentan como una tecnología de nueva generación que combina seguridad y mayor densidad energética: la innovadora batería de estado sólido anunciada por BMW tiene una densidad energética de 1.200 Wh/L y se dice que puede recorrer más de 100 km con una carga de 10 minutos. La tecnología sustituye el electrolito líquido convencional por un electrolito sólido, lo que reduce significativamente el riesgo de ignición y aumenta al mismo tiempo la densidad energética. podrían revolucionar la industria.
Además, Toyota Motor Corporation también está desarrollando su propia tecnología de baterías de estado sólido, con el objetivo de comercializarla en 2025. Se ha informado de que la tecnología de Toyota reduce el tiempo de carga a sólo 10 minutos y tiene potencial para recorrer más de 1.000 km con una sola carga. Si esta tecnología se hace realidad, los mayores retos de los vehículos eléctricos -la autonomía y el tiempo de carga- podrían resolverse de un plumazo.
Las baterías de estado sólido pueden revolucionar no sólo los vehículos eléctricos, sino también los dispositivos médicos y portátiles. Por ejemplo, se están desarrollando baterías de estado sólido flexibles para su uso en dispositivos electrónicos plegables y dispositivos médicos que puedan implantarse en el cuerpo.
Aplicaciones de baterías de nueva generación.
Impacto en los vehículos eléctricos.
La tecnología de baterías de nueva generación puede mejorar drásticamente el rendimiento de los vehículos eléctricos.
Goldman Sachs prevé que el coste de las baterías de los VE se reducirá en 401 TP3T hasta los 99 USD por kWh en 2025. Se espera que esto equipare el precio de los VE al de los vehículos con motor de combustión interna y aumente su cuota de mercado hasta 171 TP3T en 2025 y 351 TP3T en 2030.
Si esta predicción se hace realidad, el mercado de vehículos eléctricos se expandirá rápidamente y revolucionará toda la industria del automóvil. Por ejemplo, Elon Musk, CEO de Tesla, se ha fijado el objetivo de producir 20 millones de vehículos eléctricos al año en 2030. Esto equivale aproximadamente a 20% de la producción mundial actual de vehículos.
Además, la tecnología de baterías de nueva generación también aporta innovaciones en cuanto a las prestaciones de los vehículos eléctricos. Por ejemplo, el vehículo eléctrico Lucid Air que está desarrollando Lucid Motors tiene una autonomía de 832 km con una sola carga. Se trata de una autonomía superior a la de muchos vehículos de gasolina y una mejora significativa de la practicidad de los vehículos eléctricos.
También se espera que la llegada de baterías de alto rendimiento acelere la difusión de vehículos comerciales como camiones y autobuses eléctricos. Por ejemplo, el camión eléctrico Semi de Tesla puede recorrer aproximadamente 800 km con una sola carga, lo que podría reducir significativamente los costes operativos en comparación con los camiones diésel convencionales.
Con estas innovaciones, los vehículos eléctricos están dejando de ser una mera opción respetuosa con el medio ambiente para convertirse en una opción económica y de altas prestaciones, y puede que no pase mucho tiempo antes de que los vehículos eléctricos se conviertan en una parte habitual del mercado automovilístico a partir de 2025.
Integración con energías renovables
Las baterías de nueva generación complementan el inestable suministro de energía renovable y mejoran la estabilidad de la red eléctrica.
Por ejemplo, el Megapack de Tesla, con una capacidad de hasta 3 MWh, puede almacenar el excedente de electricidad procedente de la energía eólica y solar y suministrarlo durante los periodos de máxima demanda. Esto puede aumentar significativamente el uso de energías renovables y reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
Además, la tecnología de baterías de nueva generación también está aportando innovación a los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red. Por ejemplo, la batería de hierro-aire que está desarrollando Form Energy podría permitir almacenar energía durante más de 100 horas y podría ser una nueva opción para absorber la volatilidad de las energías renovables... Si se comercializa, esta tecnología podría superar los retos de la volatilidad de la energía solar y eólica y acelerar el despliegue a gran escala de las energías renovables.
Los avances en la tecnología de las baterías también han contribuido a la realización de microrredes. Las microrredes son redes eléctricas a pequeña escala que gestionan la producción y el consumo de electricidad a escala regional y tienen la ventaja de poder seguir suministrando energía de forma independiente en caso de catástrofe. Se espera que las microrredes que utilizan baterías de última generación fomenten la producción y el consumo locales de energía y aumenten la resistencia del sistema eléctrico.
Almacenamiento doméstico de energía
Los sistemas domésticos de almacenamiento de energía también están evolucionando con la tecnología de baterías de última generación. La RESS de LG Chem, por ejemplo, tiene una capacidad de hasta 16 kWh y, combinada con un sistema de energía solar, permite a los hogares ser autosuficientes energéticamente. Esto no sólo reduce las facturas de electricidad, sino que también actúa como fuente de energía de reserva en caso de apagón, contribuyendo a mejorar la resiliencia.
Además, los sistemas de baterías domésticas también están empezando a colaborar con las compañías eléctricas para formar "centrales eléctricas virtuales" (VPP). Por ejemplo, los proyectos VPP que utilizan la Powerwall de Tesla contribuyen a estabilizar la red eléctrica equilibrando la oferta y la demanda de electricidad mediante el control integrado de miles de baterías. Si esta tecnología se generaliza, podría dar lugar a un nuevo sistema energético en el que cada hogar contribuya a la estabilización de la red eléctrica al tiempo que se beneficia económicamente.
Los avances en la tecnología de baterías de nueva generación también están dando lugar a sistemas domésticos de almacenamiento de energía más pequeños y potentes. Por ejemplo, se dice que los sistemas que utilizan baterías de estado sólido que está desarrollando Sony tienen más del doble de densidad energética por volumen que las baterías de iones de litio convencionales. Esto podría facilitar la instalación de sistemas de baterías de gran capacidad en viviendas urbanas con espacio limitado.
Investigación y desarrollo de baterías de nueva generación
Principales iniciativas de la empresa
Las grandes empresas mundiales están invirtiendo grandes sumas en investigación y desarrollo de tecnologías de baterías de nueva generación.
Por ejemplo, Toyota ha anunciado planes para invertir aproximadamente 1,5 billones de yenes en el desarrollo de baterías de aquí a 2030. Tesla también está desarrollando su propia célula de batería 4680 para mejorar la densidad energética y la eficiencia de producción. Además, las start-ups también han llamado la atención por sus innovadores desarrollos tecnológicos. Por ejemplo, la israelí StoreDot ha desarrollado con éxito una batería de carga ultrarrápida que puede recargarse en cinco minutos y pretende comercializarla en 2024. Sila, en Estados Unidos, también ha desarrollado un material de ánodo basado en el silicio que ha conseguido aumentar la densidad energética entre 20 y 401 TP3T en comparación con las baterías de iones de litio convencionales.
La competencia y la cooperación entre estas empresas está impulsando rápidos avances en la tecnología de las baterías. Por ejemplo, BMW y Ford han invertido conjuntamente en Solid Power, que desarrolla baterías de estado sólido, para acelerar el desarrollo tecnológico. Iniciativas intersectoriales como ésta podrían acelerar la comercialización de la tecnología de baterías de nueva generación.
Ayudas públicas y normativa
Muchos países apoyan el desarrollo de la tecnología de baterías de nueva generación.
Por ejemplo, la UE ha anunciado planes para invertir aproximadamente 300.000 millones de yenes en I+D sobre baterías de aquí a 2025. Los gobiernos también han introducido planes de subvenciones y normativas para promover la difusión de los vehículos eléctricos, y estas políticas están fomentando el desarrollo de la tecnología de baterías de nueva generación.
Destacan especialmente las medidas proactivas de apoyo del Gobierno chino. China ha formulado un "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Nuevas Energías" y se ha fijado el objetivo de aumentar la cuota de vehículos de nuevas energías en las ventas de vehículos nuevos a más de 20% para 2025 . Esta política ha propiciado el rápido crecimiento de los fabricantes chinos de baterías CATL y BYD, que están ampliando su cuota en el mercado mundial.
Al mismo tiempo, se está endureciendo la normativa sobre la adquisición de materias primas para las baterías, el impacto ambiental del proceso de producción y las cuestiones laborales. Por ejemplo, la UE tiene previsto introducir una normativa que obligue a revelar la huella de carbono de las baterías de aquí a 2024. Se espera que esta normativa fomente el desarrollo de tecnologías de baterías más sostenibles.
Retos y perspectivas de la próxima generación de baterías.
Costes reducidos
La reducción de costes es esencial para la adopción generalizada de la tecnología de baterías de nueva generación.
En la actualidad, el paquete de baterías de un vehículo eléctrico representa alrededor de 301 tp3t del coste total del vehículo, lo que contribuye en gran medida al elevado precio de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, la innovación tecnológica y la producción en masa han propiciado un rápido descenso de los costes de las baterías: según un informe de BloombergNEF, el coste de las baterías de iones de litio se redujo en 891 TP3T entre 2010 y 2020, hasta situarse en 137 USD/kWh. Además, se prevé que supere la barrera de los 100 dólares/kWh en 2024 y descienda hasta los 58 dólares/kWh en 2030.
Una vez alcanzado este punto de precio, los costes de producción de los vehículos eléctricos caerán por debajo de los de los vehículos con motor de combustión interna y su cuota de mercado podría aumentar rápidamente. Entre los factores clave para reducir los costes figuran:
- economía de escalaEl aumento de los volúmenes de producción permite repartir los costes fijos.
- Avances en la tecnología de materialesSe están desarrollando materiales más baratos y de mayor rendimiento.
- Mejora de los procesos de fabricación: La automatización y la eficiencia pueden reducir los costes de producción.
- Evolución de la tecnología de recicladoEl aumento de la recuperación de materiales de las pilas al final de su vida útil puede reducir los costes de las materias primas.
Por ejemplo, Tesla pretende reducir los costes de producción en 561 TP3T y multiplicar por cinco la densidad energética mediante el desarrollo de su célula de batería 4680 patentada . Este tipo de innovaciones están permitiendo reducir rápidamente los costes de las baterías.
Seguridad de los recursos y reciclado
Asegurar y reciclar los recursos necesarios para la producción de baterías es una cuestión clave para el desarrollo sostenible de la tecnología de baterías de nueva generación. Preocupa especialmente el suministro estable de metales raros como el litio, el cobalto y el níquel. Según un informe del Foro Económico Mundial, para 2030 se espera que la demanda de baterías para vehículos eléctricos se multiplique por 19 con respecto a los niveles actuales. Las nuevas tecnologías de desarrollo y reciclaje de recursos son esenciales para satisfacer este rápido aumento de la demanda.
Ejemplos de iniciativas de seguridad de los recursos
- Desarrollo de nuevas tecnologías mineras.Por ejemplo, la tecnología para extraer litio de las aguas residuales de las centrales geotérmicas está llamando la atención.
- Investigación sobre materiales alternativos: Se está investigando para reducir la dependencia de los metales raros, incluido el desarrollo de baterías sin cobalto.
- Desarrollo de recursos submarinos: Se está estudiando la extracción de metales raros de los nódulos de manganeso del fondo marino.
Por otro lado, en lo que respecta al reciclaje, cada vez cobra más importancia el concepto de "economía circular", en la que el reciclaje se tiene en cuenta desde la fase de diseño de las baterías. Por ejemplo, Northvolt se propone fabricar 50% de las baterías que produzca de aquí a 2030 a partir de materiales reciclados. Además, la empresa japonesa Sumitomo Metal Mining ha desarrollado una tecnología para recuperar el níquel y el cobalto de las baterías de iones de litio usadas con una pureza de 99% o superior. Se espera que el uso generalizado de estas tecnologías de reciclado altamente eficientes conduzca a un uso más eficiente de los recursos y a una reducción del impacto ambiental.
Mayor seguridad
Mejorar la seguridad de las baterías es una cuestión crucial para la difusión de las tecnologías de nueva generación. Existen antecedentes de incidentes pasados, como los incendios de vehículos eléctricos, que han causado inquietud entre los consumidores. Sin embargo, los últimos avances tecnológicos han mejorado drásticamente la seguridad de las baterías.
Entre las iniciativas clave para mejorar la seguridad figuran las siguientes
- Mejores sistemas de gestión térmica.Sistema de refrigeración : Un sistema de refrigeración de alto rendimiento garantiza la correcta gestión de la temperatura de la batería, reduciendo el riesgo de desbordamiento térmico.
- Separador mejorado.: El uso de separadores resistentes al calor reduce el riesgo de cortocircuitos internos.
- Uso de tecnología de sensores: Los sistemas de sensores se instalan para detectar anomalías en una fase temprana y evitar accidentes.
- Control de software avanzadoUn avanzado sistema de control basado en inteligencia artificial supervisa constantemente el estado de la batería para mantener un funcionamiento óptimo.
Por ejemplo, las baterías de estado sólido que está desarrollando BMW no utilizan electrolito líquido y, por tanto, tienen un riesgo de ignición considerablemente menor que las baterías convencionales de iones de litio. Tesla también ha desarrollado su propia "batería estructural" para mejorar la seguridad en caso de accidente. Estas innovaciones han mejorado drásticamente la seguridad de la próxima generación de baterías y son un factor clave para ganar la confianza de los consumidores.
Resumen y perspectivas
Hacia 2025, la tecnología de baterías de nueva generación evoluciona rápidamente y podría ser la clave de un futuro sostenible. Se espera que las nuevas tecnologías de baterías con alta densidad energética, larga vida útil y recarga rápida aceleren la adopción de vehículos eléctricos y aumenten el uso de energías renovables.
La Agencia Internacional de la Energía (AIE) prevé que en 2030 el parque mundial de vehículos eléctricos alcanzará los 245 millones de vehículos, casi 20 veces más que en 2020. Este rápido crecimiento será posible gracias a los avances en la tecnología de las baterías. La tecnología de baterías de nueva generación también tiene el potencial de revolucionar el campo de los sistemas de almacenamiento de energía, y BloombergNEF predice que para 2030 la capacidad mundial de almacenamiento de energía se multiplicará por más de 15 con respecto a los niveles actuales, alcanzando más de 1.000 GWh. Esto permitirá el despliegue a gran escala de energías renovables y contribuirá significativamente a una sociedad descarbonizada.
Sin embargo, para hacer realidad estas posibilidades aún quedan retos por superar, como la reducción de costes, la obtención de recursos y la mejora de la seguridad. La colaboración entre la industria, el mundo académico y la administración, así como la cooperación internacional, son esenciales para afrontar estos retos. Es importante seguir centrándose en la evolución de la tecnología de las baterías y aprovechar al máximo su potencial.
La tecnología de pilas de nueva generación tiene el potencial de cambiar significativamente nuestra forma de vida y contribuir a la realización de una sociedad sostenible. Para seguir el ritmo de esta ola de innovación tecnológica, todos y cada uno de nosotros debemos comprender el potencial de las nuevas tecnologías y utilizarlas activamente.
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