Nuevo diseño de Li‑ion permite carga rápida de vehículos eléctricos en clima frío

El mercado global de vehículos eléctricos (VE) está experimentando un crecimiento robusto, con uno de cada cinco automóviles vendidos siendo eléctrico. 

El año pasado, el número de VE vendidos creció un 25 %, y con ello, los VE representaron el 21 % de todas las ventas de automóviles a nivel mundial.

Este crecimiento está impulsado por la demanda de los consumidores, preocupados por el cambio climático, el apoyo de políticas gubernamentales en todo el mundo, la creciente competencia de precios que hace que los VE sean asequibles y las mejoras en la tecnología de baterías.

En el ámbito de las baterías, las baterías de iones de litio son la tecnología de baterías más popular y ampliamente utilizada debido a su bajo peso, alta densidad de energía y larga vida útil. 

Sin embargo, a pesar de estos avances en la tecnología de baterías, las baterías de Li‑ion existentes tienen un rendimiento limitado a bajas temperaturas y bajo carga rápida. Su rendimiento también se ve afectado si el electrodo es demasiado grueso, donde se deben abordar simultáneamente múltiples efectos de transporte de masa y cinética interfacial.

Esto genera compromisos de diseño que limitan el uso de baterías en áreas que son difíciles de electrificar. Esto se aplica específicamente a entornos extremos y configuraciones donde la gestión térmica no es factible. 

Esto significa que mejorar las baterías de litio requiere abordar el trilema entre electrodos de alta densidad energética, operación a bajas temperaturas y carga rápida. 

Con este objetivo, ingenieros de la Universidad de Michigan han introducido una estrategia que permite una carga extremadamente rápida, de hasta 6C, a temperaturas tan bajas como −10 °C. La carga rápida a bajas temperaturas promete mejorar los VE en climas fríos. 

La carga rápida bajo temperaturas bajo cero se logró manteniendo cargas de electrodo >3 mAh/cm2. 

Para ello, el equipo introduce una estrategia que integra arquitecturas de electrodos tridimensionales con una interfaz sólida artificial (SEI) mediante deposición de capa atómica de un electrolito sólido (Li3BO3‑Li2CO3). 

Esta estrategia sinérgica puede abordar limitaciones interfaciales y de transporte bajo condiciones extremas sin el plating de litio dañino. Modificar los electrodos para mejorar el transporte de masa y la cinética interfacial aumentó su capacidad accesible.

Según el estudio, publicado en Joule¹, brinda ideas fundamentales sobre los mecanismos dominantes que controlan el plating de litio y la pérdida de capacidad bajo condiciones de baja temperatura y carga rápida.

Quick Charging for EVs in Cold Weather 

La adopción global de VE ha crecido de manera constante desde la década de 2010. En 2020, los autos eléctricos tuvieron su gran momento, ya que los registros aumentaron en los principales mercados a pesar de la pandemia de COVID. 

Los VE tuvieron su año récord en 2020, con más de 10 millones circulando al final del año, impulsados por modelos totalmente eléctricos.

Desde entonces, los autos eléctricos se han vuelto aún más populares, convirtiéndose en una vista común en las carreteras. Sin embargo, la tasa de crecimiento ahora se está desacelerando. 

Según una encuesta de consumidores de AAA, el número de adultos en EE. UU. que estarían “probablemente” o “muy probablemente” dispuestos a comprar un VE nuevo o usado cayó del 23 % en 2023 al 18 % en 2024. Además, el 63 % dijo que sería “poco probable” o “muy poco probable” que su próxima compra fuera un VE. 

“Los primeros adoptantes que querían un VE ya lo tienen,” señaló el verano pasado Greg Brannon, director de investigación automotriz en AAA. “El resto de la gente que aún no ha adoptado los VE considera la practicidad, el costo, la conveniencia y la experiencia de propiedad, y para algunos, esos son obstáculos lo suficientemente grandes como para impedirles dar el salto a la electrificación total.” El interés se está desplazando a los híbridos.

El cambio se debe en parte a preocupaciones sobre la pérdida de autonomía en invierno y la carga más lenta. En invierno, las baterías deben estar lo suficientemente calientes para que los electrones se muevan, lo que puede requerir media hora para calentar la batería y prepararla para cargar. Según Neil Dasgupta, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales en la U‑M:

“Cargar una batería de VE lleva de 30 a 40 minutos incluso con carga rápida agresiva, y ese tiempo aumenta a más de una hora en invierno. Ese es el punto de dolor que queremos abordar.” 

Los estudios han encontrado que la pérdida de autonomía puede oscilar entre el 10 % y el 36 %. La cuestión es que, a bajas temperaturas, “prácticamente cualquier sustancia química se ralentiza”.

Así, los ingenieros de la U‑M desarrollaron un proceso de fabricación modificado para baterías de VE que podría permitir la carga rápida en climas helados y rangos altos. Con estos problemas principales resueltos, este proceso puede impulsar aún más la adopción de autos eléctricos. 

“Imaginamos que este enfoque es algo que los fabricantes de baterías de VE podrían adoptar sin cambios mayores en sus fábricas existentes. Por primera vez, hemos demostrado una vía para lograr simultáneamente una carga extremadamente rápida a bajas temperaturas, sin sacrificar la densidad de energía de la batería de iones de litio.” 

– Autor correspondiente del estudio, Dasgupta

Al utilizar este nuevo proceso de fabricación, las baterías de VE de Li‑ion pueden cargarse hasta un 500 % más rápido incluso a 14 °F.

Este fuerte rendimiento es el resultado de una estructura y recubrimiento que evitan la formación de plating de litio en los electrodos de la batería. El plating de litio es perjudicial para las baterías, ya que reduce su rendimiento mediante la pérdida de capacidad y la reducción de la vida útil de los ciclos. Incluso puede ser un riesgo de seguridad potencial en forma de cortocircuitos internos debido a la formación de dendritas de litio. 

Al impedir la formación de plating de Li, las modificaciones permitieron que las baterías mantuvieran hasta un 97 % de su capacidad, incluso después de ser cargadas rápidamente 100 veces a temperaturas muy frías.

Engineering a Battery with Better Speed, Range, & Cold Resistance

Las baterías de VE almacenan energía química y la convierten en energía eléctrica. Esta conversión es impulsada por una reacción electroquímica que utiliza celdas de iones de litio con un ánodo (electrodo negativo) y un cátodo (electrodo positivo) separados por un separador y un electrolito. 

El electrolito, una solución como una sal de litio, facilita la transferencia de iones entre el cátodo y el ánodo. Este movimiento de iones impulsa el flujo de electrones a través de un circuito externo, creando energía eléctrica para alimentar el dispositivo conectado.

Durante la descarga, cuando la batería está en uso, el ánodo libera iones Li al cátodo. Cuando se está cargando, es decir, conectado a la fuente de energía, el cátodo libera los iones de litio al ánodo. En temperaturas frías, el movimiento de iones se ralentiza, reduciendo la potencia de la batería y la velocidad de carga.

Para ampliar la autonomía de un VE, que es la distancia que puede recorrer con una sola carga, los fabricantes de automóviles han optado por aumentar el grosor del electrodo. Esto ha permitido a los automovilistas ofrecer viajes más largos antes de necesitar recargar, pero también hace que parte del litio sea de difícil acceso, lo que lleva a una carga más lenta y menos potencia para un peso de batería dado.

El equipo de la U‑M anteriormente mejoró² la capacidad de carga de la batería creando vías en el ánodo, cada una de 40 micrones de tamaño. Las canales sirvieron como rutas de difusión para un transporte iónico rápido.

Para ello, mostraron un proceso de patrón láser para producir arquitecturas de ánodo de grafito 3D. Con ese proceso, dispararon el grafito con láseres, lo que permitió que los iones Li encontraran lugares donde alojarse más rápido. Al penetrar profundamente dentro del electrodo, aseguraron una carga más uniforme.

Al probarlo, su diseño mostró una retención de capacidad del 91 % y 86 % después de 600 ciclos de carga a 4C y 6C, respectivamente. Su diseño de ánodo 3D también permitió que las celdas accedieran a > 90 % de capacidad durante la carga rápida.

A pesar de acelerar considerablemente la carga a temperatura ambiente, la carga a bajas temperaturas siguió siendo ineficiente. Eso se debía a la capa química que se forma en la superficie del electrodo como resultado de la reacción con el electrolito.

“Ese plating impide que todo el electrodo se cargue, reduciendo nuevamente la capacidad energética de la batería.” 

– Coautor del estudio Manoj Jangid, investigador senior en ingeniería mecánica en la U‑M.

La solución a este problema fue impedir que se formara la capa superficial, lo que se logró recubriendo la batería con un material de borato de litio‑carbonato. El recubrimiento, de aproximadamente 20 nm de espesor, aceleró la carga en frío.

Cuando esto se combinó con los canales, las celdas de prueba se cargaron un 500 % más rápido en temperaturas bajo cero.

“Gracias a la sinergia entre las arquitecturas 3‑D y la interfaz artificial, este trabajo puede abordar simultáneamente el trilema de carga rápida a baja temperatura para una conducción de largo alcance.”

– Primer autor Tae Cho, reciente doctorado en ingeniería mecánica

El trabajo posterior para desarrollar un proceso listo para fábrica está siendo financiado por la Michigan Economic Development Corporation.

El equipo de ingeniería de la U‑M también ha solicitado protección de patente. Mientras tanto, Arbor Battery Innovations —una entidad en la que tanto Dasgupta como la Universidad tienen un interés financiero— ha licenciado la tecnología de canales y ahora está trabajando para comercializarla.

Innovative Company

Ford Motor (F ) 

Ahora, si observamos una empresa innovadora en el mundo de las baterías y los VE, el valor de mercado de $875.5 mil millones de Tesla (TSLA ) es el nombre más prominente, pero ha estado pasando por momentos difíciles. Sus acciones han caído un 32.6 % en lo que va del año y cotizan a 261.23. La compañía, que no paga dividendos, también sufrió una caída del 13 % en el 1T 2025 en sus entregas de vehículos (336,681) respecto al año anterior. Durante este trimestre, Tesla enfrentó boicots, protestas e incluso actos delictivos debido a la participación del CEO Musk en la administración de Trump.

Luego está el valor de mercado de $7.1 mil millones de Albemarle Corporation (ALB ), uno de los mayores productores de litio y crítico para la cadena de suministro de baterías de iones de litio. Las acciones de ALB también han caído casi un 30 % en lo que va del año, aunque paga un rendimiento de dividendo del 2.68 %.

En la infraestructura de VE, ChargePoint (CHPT ), que tiene un valor de mercado de $273.3 millones, también ha enfrentado un entorno desafiante. Sus ingresos han disminuido y sus acciones están un 44.25 % bajo en lo que va del año, cotizando a $0.60.

¿Hay alguna empresa que realmente esté haciendo bien? Bueno, BYD y CATL, con sede en China, ciertamente lo están.

El fabricante chino de automóviles y baterías está viendo un crecimiento financiero sustancial, informando ingresos anuales de $107 mil millones para 2024, lo que supera a Tesla. “BYD se ha convertido en líder de la industria en todos los sectores, desde baterías y electrónica hasta vehículos de nueva energía, rompiendo el dominio de marcas extranjeras y remodelando el nuevo panorama del mercado global,” dijo el presidente de BYD, Wang Chuanfu.

En el 1T 2025, mientras tanto, BYD vendió casi un millón de vehículos de pasajeros, un aumento del 58.7 % respecto al 1T 2024. Un poco más de 200 mil de esos vehículos se exportaron al extranjero, un incremento del 110.5 % respecto al 1T 2024. Incluso sus acciones subieron un asombroso 28.77 % en lo que va del año, cotizando a $43.78 y pagando un rendimiento de dividendo del 1 %.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) es otro fabricante chino de baterías que está a punto de recibir la aprobación de la Bolsa de Hong Kong para una cotización de $5 mil millones que reforzará su posición financiera y apoyará sus planes de expansión.

Fuera de China, el fabricante alemán Volkswagen AG (VOW3.DE ) también ha avanzado mucho, reportando un aumento del 1.4 % en sus entregas globales a 2.13 millones de unidades en el primer trimestre de 2025. Este salto se debe al crecimiento en Europa y América, mientras que sus entregas en el mercado chino disminuyeron un 7.1 %. Aún así, se espera que las ganancias operativas sean menores debido a una caída en el mercado estadounidense por temores de una recesión global. La compañía también planea subir los precios tras la entrada en vigor de los aranceles automotrices del 25 % de Trump.

Regresando al mercado estadounidense, aquí Ford está posicionado para ganar cuota de mercado como fabricante de automóviles estadounidense, que produce la gran mayoría de sus autos en territorio nacional. Fundada por Henry Ford en 1903, la compañía está bien posicionada para beneficiarse de los planes del presidente Trump. Según el presidente Andrew Frick:

“Ensamblamos más vehículos en EE. UU. y empleamos a más trabajadores automotrices por hora en EE. UU. que cualquier otro. Queremos hacer más, no menos, aquí en EE. UU.”

La compañía lanzó recientemente una oferta de descuento por tiempo limitado como parte de la campaña ‘From America, For America’ para atraer a más compradores mientras otros fabricantes aumentan los precios para cubrir los aranceles crecientes.

“Tenemos el inventario minorista para hacerlo y una gran variedad de opciones para los clientes que necesitan un vehículo,” dijo Ford en un comunicado, citando “tiempos inciertos” y “las complejidades de una economía cambiante” como razones detrás de la medida.

Ahora, con una capitalización de mercado de $37.7 mil millones, las acciones de Ford, al momento de escribir, cotizan a $8.91, con una caída solo del 4 % este año. Con eso, su BPA (TTM) es 1.46, el ratio P/E (TTM) es 6.51 y el ROE (TTM) es 13.42 %. También paga un atractivo rendimiento de dividendo del 6.32 %.

Para el 1T 2025, Ford reportó una caída del 1.3 % en sus ventas en EE. UU. a 501,291 unidades, impulsada por la descontinuación de algunos modelos.

Esto ocurre después de que Ford superó las expectativas del cuarto trimestre de 2024, aunque el CEO Jim Farley pronosticó un año más difícil para la compañía, pero se prometen mejoras en costos y calidad.

Para este año, Ford espera que las ganancias antes de intereses e impuestos (EBIT) ajustadas estén entre $7 mil millones y $8.5 mil millones y que el flujo de caja libre ajustado esté entre $3.5 mil millones y $4.5 mil millones, asumiendo “vientos en contra relacionados con factores de mercado”.

Para 2024, mientras tanto, los ingresos totales de la compañía fueron $185 mil millones, la utilidad neta fue $5.9 mil millones, o $1.46 en ganancias por acción, y el flujo de caja libre ajustado fue $6.7 mil millones.

Ford también está logrando avances significativos en el mercado de VE, con aproximadamente 97,865 vehículos totalmente eléctricos vendidos en 2024, un aumento del 35 % interanual. Sus ventas de híbridos aumentaron un 40 % a 187,426 unidades. En el 1T 2025, sus ventas de VE alcanzaron un récord de 73,623. Este crecimiento del 26 % fue liderado por los híbridos, que subieron un 33 %, y los vehículos eléctricos, que subieron un 12 %.

Conclusion

Las baterías, un componente crítico de los VE, han experimentado mejoras significativas. Sin embargo, la tecnología de baterías aún enfrenta varios desafíos, como altos costos, escasez de suministro de materiales, autonomía limitada, tiempos de carga prolongados, falta de infraestructura, preocupaciones de seguridad y la gestión adecuada del reciclaje y los desechos. 

El estudio más reciente, con su recubrimiento estabilizador y canales a escala microscópica, está ayudando a resolver la compensación entre autonomía y velocidad de carga, incluso en temperaturas gélidas.

Al mejorar significativamente las velocidades de carga, este estudio muestra el potencial para eliminar uno de los principales obstáculos en la adopción de VE: la ansiedad por la autonomía y los largos tiempos de carga en invierno. Esto puede ayudar a acelerar no solo el uso de VE sino también la tendencia más amplia de electrificación. Sin embargo, la implementación a gran escala del proceso requeriría mantener la rentabilidad y la seguridad.

En general, a medida que la industria avanza hacia baterías más rápidas, eficientes y seguras, innovaciones como esta ayudarán a superar los últimos obstáculos hacia la electrificación total, conduciendo a un futuro más verde y limpio.

Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de VE.

Studies Referenced:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Enabling 6C fast charging of Li‑ion batteries at sub‑zero temperatures via interface engineering and 3D architectures. Joule, Publicado el online 17 de marzo de 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881

2. Chen, K.-H., Namkoong, M. J., Goel, V., Yang, C., Kazemiabnavi, S., Mortuza, S. M., Kazyak, E., Mazumder, J., Thornton, K., Sakamoto, J., & Dasgupta, N. P. (2020). Efficient fast‑charging of lithium‑ion batteries enabled by laser‑patterned three‑dimensional graphite anode architectures. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475