Energía
¿Ha disminuido la capacidad de la batería de tu EV? Culpa al hidrógeno
Pérdida de energía de las baterías
Incluso después de décadas utilizándolas en electrónica —y ahora en vehículos eléctricos— todavía no comprendemos completamente las baterías de iones de litio. Por ejemplo, uno de los problemas es la tendencia de las baterías a descargarse por sí solas con el tiempo. Este es un problema que tiende a empeorar con el paso del tiempo, y una razón principal por la que las baterías llegan al fin de su vida útil después de 7‑10 años en la mayoría de los casos.
La autodescarga también es un problema para las químicas de baterías que no utilizan cobalto, limitando su adopción incluso si el cobalto es caro y se produce en condiciones que a menudo violan los derechos humanos.
Hasta hace poco, los científicos asumían que la autodescarga estaba vinculada a los iones de litio (ver más abajo para más detalles). Pero parece que esto no era cierto.
Recientemente, los investigadores publicaron su hallazgo de que los protones (núcleos de hidrógeno) son en realidad los responsables de la autodescarga. Esto abre la puerta a nuevos diseños y formas de mitigar el problema, potencialmente mejorando significativamente las baterías futuras.
Publicaron sus hallazgos en la prestigiosa publicación Science bajo el título “Hidrogenación de óxido mediada por solvente en cátodos en capas”.
Esto se logró con un esfuerzo colaborativo masivo que reunió a investigadores de la Universidad de Colorado, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, Universidad de Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory y National Taiwan University.
El paradigma anterior
Las baterías de litio funcionan moviendo iones de litio del lado del ánodo al lado del cátodo a través de un electrolito. Este flujo crea una corriente eléctrica. El proceso se invierte al cargar la batería.
Fuente: ResearchGate
Hasta ahora, se asumía que la autodescarga estaba vinculada a los iones de litio que permanecían atrapados en el cátodo, sin volver al ánodo al cargar, reduciendo los iones disponibles para generar energía.
Esto ha sido fundamental para mejorar los diseños de iones de litio, con muchos intentos de optimizar el flujo de iones de litio y lograr que su retorno al ánodo sea lo más perfecto posible. Sin embargo, parece que este no es el problema real.
El hidrógeno ocupa los lugares del litio
Los investigadores pudieron analizar en profundidad el material de la batería usando una poderosa máquina de rayos X en el Argonne National Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU. en Illinois.
Al hacerlo, descubrieron que las moléculas de hidrógeno del electrolito de la batería se movían hacia el material del cátodo y ocupaban los lugares de los iones de litio. Esto provocó una disminución del espacio disponible para los iones de litio, reduciendo la capacidad de la batería.
Esto ocurre principalmente en el óxido de metal de transición en capas del cátodo.
Además, este proceso también daña físicamente el cátodo, provocando grietas y acelerando la degradación de la batería.
Así, los protones de hidrógeno no solo reducen la vida útil de la batería al disminuir su capacidad, sino también al causar daños directos que hasta ahora se asumían como provocados por los iones de litio.
Potencial directo
Resolver las limitaciones de los EV
Una limitación clave en la adopción de EV y el cambio a baterías sin cobalto es que las químicas alternativas presentan una autonomía relativamente menor. Para algunos conductores, esta es una limitación inaceptable en comparación con los automóviles de combustible.
La preocupación de que el paquete de baterías dure menos que el resto del coche, lo que genera gastos extra impredecibles, también es una preocupación importante que impide a muchos cambiar a los EV. Especialmente porque la mayoría de los modelos de EV siguen siendo algo más caros de comprar.
Esta corta vida útil también es una preocupación ecológica, ya que implica que se necesite extraer más material, consumir más energía para producir las baterías y dedicar más esfuerzos al reciclaje.
Mejorar la vida útil de los cátodos
Ahora que sabemos que el hidrógeno, no el litio, es el culpable de la degradación del cátodo, es más probable que encontremos soluciones efectivas. Los investigadores, por ejemplo, discuten el uso de un recubrimiento especial en el cátodo que podría bloquear las moléculas de hidrógeno.
Otra opción sería usar electrolitos diferentes que no generen hidrógeno en primer lugar.
Baterías de estado sólido
Este también es un descubrimiento alentador para las baterías de estado sólido. Como estos diseños no utilizan electrolito alguno, podrían ser totalmente inmunes a los problemas causados por el hidrógeno generado a partir del electrolito.
En sí mismo, esto podría explicar parte del rendimiento notable de las baterías de estado sólido.
Invertir en tecnologías avanzadas de baterías
Las baterías están en el centro de la tendencia de electrificación, un esfuerzo multimillonario de varios billones de dólares que busca eliminar los combustibles fósiles de nuestras fuentes de energía. Y baterías más fiables, baratas o duraderas estarán en el centro del esfuerzo de “verdear” nuestro sistema energético.
Puedes invertir en empresas relacionadas con baterías a través de muchos corredores, y puedes encontrar aquí, en securities.io, nuestras recomendaciones para los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, Reino Unido, así como muchos otros países.
Si no estás interesado en seleccionar empresas específicas de baterías, también puedes considerar ETFs de baterías como Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), el Lithium & Battery Tech ETF (LIT) de Global X, o el WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, que proporcionarán una exposición más diversificada para capitalizar la creciente industria de baterías.
O puedes consultar nuestro artículo sobre “Top 10 Acciones de Baterías para Invertir” y “Top 10 Metales de Baterías y Acciones de Minería de Energía Renovable“.
Empresas avanzadas de baterías
1. CATL (300750.SZ)
Ya hablamos del liderazgo tecnológico de CATL. La empresa es la líder mundial en fabricación de baterías, produciendo más de la mitad del volumen global de baterías. Está presente en cada etapa de la cadena de suministro de fabricación de baterías y es líder en tecnología de baterías.
Esto es cierto para las baterías de iones de litio, donde la empresa ha sido un líder establecido durante mucho tiempo. Ahora parece pequeña en comparación con el último anuncio.
CATL también ha anunciado en el pasado avances impresionantes en múltiples otros tipos de baterías:
- Una batería de ultra larga vida de 12,000 ciclos para almacenamiento de energía a escala de servicios públicos, con 18,000 ciclos como objetivo a largo plazo.
- Una batería LFP (fosfato de hierro y litio) de 700 km que carga 400 km de autonomía en 10 minutos ahora parece pequeña en comparación con el último anuncio.
- Una batería de 500 Wh/kg, que potencialmente permite la electrificación de aviones de pasajeros.
- Producción masiva de baterías de iones de sodio de 160 Wh/kg, con un objetivo de 200 Wh/kg.
Fuente: CATL
CATL también ha invertido 3.25 mil millones en capacidades de reciclaje de baterías en China. CATL ha logrado notablemente una tasa de recuperación extraordinaria del 99,6 % para níquel, cobalto, manganeso y del 91 % para litio.
Gracias a su escala, enfoque y logros en I+D, es probable que CATL esté a la vanguardia de la innovación, fabricación y reciclaje de baterías.
Esto lo convierte en un socio clave para los fabricantes de EV, incluidos Tesla, NIO, Ford, Stellantis, etc., con Hyundai recientemente añadido al creciente grupo de alianzas estratégicas de CATL.
Además, las lecciones aprendidas en una química pueden ser aplicables a otra, por lo que pronto podríamos ver baterías de iones de sodio tipo panal o de estado condensado, por ejemplo. Las economías de escala al producir la mitad de las baterías del mundo también son probablemente aplicables a toda la empresa, independientemente de la tecnología específica utilizada en un producto individual.
2. BYD (BYDDY)
Un rival de larga data de Tesla en el mercado de EV, BYD se ha convertido en un competidor serio no solo para Tesla sino para prácticamente todos los fabricantes de automóviles.
La empresa evolucionó desde su origen como proveedor de baterías de iones de litio para teléfonos hasta vender casi tantos EV como Tesla en China (el mayor mercado de EV del mundo) y ser el EV más vendido en Tailandia, Suecia, Australia, Nueva Zelanda, Singapur, Israel y Brasil.
BYD es una gran parte de la razón por la que China se convirtió repentinamente en el mayor exportador de automóviles del mundo en 2023, superando a Japón. La agresiva expansión internacional de la empresa también se lleva a cabo mediante nuevas fábricas, como en Hungría.
Y con el lanzamiento de coches de $10,000‑$12,000 como el Seagul, que utilizan baterías de sodio, podría abrirse un mercado completamente nuevo para los EV de BYD.
Aún siendo un fabricante de baterías en su esencia, BYD es un serio rival de CATL en el mercado de baterías LFP (fosfato de hierro y litio), con una cuota de mercado del 41,1 % en China (en comparación con el 33,9 % de CATL).
La “inundación” de EV baratos producidos por BYD en los mercados europeos y estadounidenses probablemente será recibida con cierto nivel de proteccionismo (incluso por encima de los aranceles recientemente impuestos), lo que podría obstaculizar el crecimiento de BYD.
Pero al mismo tiempo, los EV chinos baratos ya son un gran éxito en el resto del mundo, que no cuenta con incumbentes importantes de fabricantes de automóviles locales que proteger, incluyendo la totalidad de Sudamérica, Rusia, África, Oriente Medio y el Sudeste Asiático.
Esto representa varios miles de millones de clientes potenciales para BYD, que viven en países ansiosos por lograr un equilibrio geopolítico y mantenerse en buenos términos tanto con Occidente como con China, por lo que es poco probable que se creen barreras proteccionistas demasiado fuertes.
E incluso en la UE o en EE. UU., BYD podría seguir siendo competitivo, gracias a los precios mucho más altos de los fabricantes locales de EV en comparación con los precios de China, así como a la localización de la producción fuera de China para estos mercados, por ejemplo, en Europa del Este, México o Turquía.
