El doctor Álvaro Caballero, profesor titular del Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química e investigador del Instituto Universitario en Química Fina y Nanoquímica de la Universidad de Córdoba, uno de los referentes nacionales en la investigación y desarrollo de baterías ha explicado que “en general, las diferencias entre ambas provienen de la necesidad de energía tan distinta que requiere mover un coche eléctrico a hacer funcionar un móvil. Pero la tecnología de la batería es la misma en ambos casos: la celda recargable Li-ion, basada en un ánodo de grafito y un cátodo principalmente formado por un óxido que contiene litio, cobalto, manganeso y níquel”.
“Estas baterías han revolucionado nuestras vidas desde que ingresaron al mercado en 1991”
En los años 80 el químico estadounidense John B. Goodenough descubrió la tecnología de iones de litio por. En 2019, la Academia Sueca le otorgó el Premio Nobel por esta innovación, subrayando que “estas baterías han revolucionado nuestras vidas desde que ingresaron al mercado en 1991. Han sentado las bases de una sociedad inalámbrica, libre de combustibles fósiles, y son de gran beneficio para la humanidad”.
Diferente tipo de celdas
La batería de un móvil y de un coche tienen el número de celdas necesario para alcanzar la energía requerida en cada caso. Pese a que el funcionamiento es parecido, el diseño de las celdas es muy diferente por cuestiones de espacio. En la batería de un teléfono móvil se usan celdas prismáticas de configuración plana, que son finas como una tarjeta de crédito. Además, utilizan una gestión térmica menos sofisticada y tienen un ciclo de vida más corto. Por ejemplo, en un Kia e-Niro se utilizan 294 celdas de polímero de litio de tipo pouch o embolsadas, que hacen un uso más eficiente del espacio (con una eficiencia de embalaje del 90-95%) y tienen un ciclo de vida más duradero.
Asimismo, al ser el componente de mayor tamaño, la batería determina el diseño de un smartphone y de un coche. En ambas, la forma exterior del paquete es rectangular y plana, para adaptarse a la forma de un teléfono o al espacio disponible en el piso del vehículo entre ambos ejes. Su tamaño y peso viene determinado por un compromiso entre capacidad, peso y las necesidades medias de los usuarios. Tras varias décadas de evolución, el compromiso alcanzado en la telefonía móvil es que un teléfono disponga de energía para funcionar en un uso normal, al menos, un día entero; con un tamaño y peso que beneficien el diseño y la usabilidad del dispositivo.
En este sentido, el compromiso alcanzado en un automóvil es ofrecer una autonomía razonable dentro el tamaño de un coche convencional. La desventaja que tiene esto es que el tamaño de un coche está más estandarizado: los primeros teléfonos móviles tenían un enorme tamaño por sus grandes baterías, solución que no se puede trasladar a un automóvil.
Por otro lado, la batería de un smartphone tan solo tiene unos 3 milímetros de grosor y un peso pluma de 80 gramos; mientras que la versión más potente de un Kia e-Niro pesa 445 kilos. a composición y densidad energética de sus celdas interiores es similar (250 Wh/kg en el coche y 246 Wh/kg en el móvil), no así la densidad de todo el paquete (143 Wh/kg en el coche y 185 Wh/kg en el móvil).
El voltaje
Asimismo, el voltaje de una batería se adecúa al voltaje de funcionamiento del circuito electrónico que se va a alimentar, creando una arquitectura conjunta de todo el sistema. En el caso de un smartphone, las baterías suelen tener un voltaje entre 3,7 V y 3,85 V. En un Kia e-Niro, el voltaje es de 356 V, cifra que aumenta hasta los 800 V en el nuevo Kia EV6.
Además, ese voltaje de 356 V se genera a través de un proceso, las celdas están conectadas de tres en tres en paralelo. Cada paquete de tres celdas se conecta entre sí en serie, formando una ristra de 98 paquetes de 3 celdas. Como cada paquete de tres celdas tiene una tensión nominal aproximada de 3,6 voltios y hay 98 de ellos conectados en serie, la tensión nominal de la batería es de 356 voltios.
Potencia de carga y refrigeración
En cuanto a la carga, el voltaje es una de las dos variables que determina la potencia de carga de una batería. Incrementando el voltaje se consigue disminuir el tiempo de una recarga sin producir mucho calor ni emplear cableados muy gruesos. El doctor Álvaro Caballero, ha señalado que “integrar todas estas baterías en paquetes es un proceso complicado, tanto para el sistema de gestión del sistema eléctrico, como para la refrigeración, dado que hay que mantener las baterías a una temperatura óptima de funcionamiento y especialmente cuando se carga el vehículo, algo crucial cuando cargamos en cargadores ultrarrápidos”.
Finalmente, un smartphone no tiene espacio físico para un sistema de refrigeración, que también es menos necesario por su menor potencia de carga. Las baterías de un Kia e-Niro tienen un sistema de refrigeración que las permite mantenerse en una temperatura óptima, lo que aumenta su capacidad, rendimiento y duración. Los módulos de batería están emplazados sobre placas de enfriamiento que canalizan una mezcla de agua y glicol a través de canalizaciones. Este sistema permite que las celdas pueden estar más próximas entre sí, lo que incrementa hasta en un 35 por ciento la densidad energética de la batería y permite aumentar la autonomía del vehículo. Según el doctor Caballero se necesitan 4.444 baterías de 4.000 mAh y 3,6 voltios para que un coche eléctrico funcione. Además, tienen que ser de tipo 45p98s (45 baterías en paralelo y 98 de esos paquetes, en serie) para que un coche del tamañCo y potencia del Kia e-Niro pudiera funcionar.
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