¿De qué están hechas las baterías de los vehículos eléctricos?

Volver a los artículos

Última actualización: 24/4/2023 EVBox

Una batería de vehículo eléctrico (VE) está típicamente compuesta por miles de celdas de iones de litio recargables conectadas entre sí para formar el paquete de baterías. Las celdas de iones de litio son las más populares debido a su rentabilidad, ofreciendo el mejor equilibrio entre la capacidad de almacenamiento de energía y el precio.

El auge de la movilidad eléctrica y la producción de baterías para vehículos eléctricos

Con el continuo crecimiento de la movilidad eléctrica, la demanda de vehículos eléctricos (VE) y, por consiguiente, de baterías para VE, está en auge. Esto plantea la pregunta de cómo los fabricantes de baterías pueden satisfacer esta creciente demanda y qué materiales son necesarios para producir una batería de VE.

En este artículo, exploramos en detalle los materiales utilizados para las baterías de VE y el proceso de fabricación. También destacaremos quiénes son los principales fabricantes de baterías para VE y qué significa la creciente brecha entre la oferta y la demanda para el futuro de las baterías de VE.

¿De qué están hechas las baterías de VE?

Las baterías vienen en muchas formas y tamaños diferentes. Desde la forma de las celdas hasta su química, los fabricantes de vehículos eléctricos tienen varias opciones de baterías. Antes de profundizar en los materiales de los que están hechas las baterías, es importante entender primero los diferentes tipos de estructuras celulares físicas.

Los diferentes tipos de celdas de batería

Hay tres tipos básicos de celdas de batería utilizadas en los vehículos eléctricos: celdas cilíndricas, celdas prismáticas y celdas tipo bolsa (pouch).

1. Celdas cilíndricas Quizás el formato más comúnmente utilizado, las celdas cilíndricas son, como su nombre indica, autónomas en una carcasa cilíndrica que les proporciona resistencia a los impactos mecánicos, muy similar a las baterías alcalinas AA o AAA típicas del hogar. Debido al uso prolongado de este formato, las celdas cilíndricas son las más rentables y fáciles de fabricar. Dicho esto, las celdas cilíndricas pueden estar algo limitadas en su potencia de salida, razón por la cual los vehículos eléctricos con baterías más pequeñas suelen usar celdas prismáticas o tipo bolsa.
2. Celdas prismáticas A diferencia de las celdas cilíndricas, que son relativamente pequeñas (aproximadamente del tamaño de una batería AA), las celdas prismáticas pueden ser de 20 a 100 veces más grandes. Dado que utilizan menos material para la carcasa, las celdas prismáticas pueden almacenar más energía y proporcionar mayor potencia, mientras gestionan mejor el calor que las celdas cilíndricas. Aunque son menos populares que las celdas cilíndricas, su uso ha ido creciendo constantemente y podrían capturar una parte significativa del mercado en los próximos años.
3. Celdas tipo bolsa (pouch) Las celdas tipo bolsa están encerradas en una carcasa de plástico blando, lo que las hace muy eficientes en términos de utilización del espacio. Sin embargo, su carcasa frágil significa que generalmente requieren protección adicional para evitar daños mecánicos en las celdas.

¿Cuáles son los materiales más populares para las baterías de VE?

Más allá de su formato, las celdas de batería de VE también varían según su química, es decir, los materiales que se utilizan para almacenar electricidad.

Aunque los iones de litio (Li-ion) tienden a ser los más utilizados debido a su costo relativamente bajo y su alta capacidad de almacenamiento de energía, existen otras químicas de batería populares.

El níquel-manganeso-cobalto (NMC) y el níquel-metal hidruro (Ni-MH) fueron populares en los primeros vehículos eléctricos debido a su asequibilidad, larga vida útil y capacidad relativamente alta. Los híbridos más antiguos, como el Toyota Prius y el RAV4, solían usar baterías NMC o Ni-MH.

Uno de los tipos más antiguos de baterías utilizadas en los automóviles son las celdas de plomo-ácido. Décadas antes de que se usaran en vehículos eléctricos, las baterías de plomo-ácido fueron, y siguen siendo, utilizadas en vehículos de gasolina para alimentar sus sistemas de encendido.

A diferencia de la mayoría de los otros tipos de baterías para VE, las celdas de plomo-ácido pueden ser fácilmente reparadas y reemplazadas por mecánicos automotrices y generalmente requieren muy poco mantenimiento. Sin embargo, no pueden almacenar tanta energía como otros tipos de celdas, lo que las hace poco prácticas para alimentar vehículos eléctricos más grandes.

¿De qué están hechas las baterías de iones de litio?

No es ninguna sorpresa que las baterías de iones de litio contengan litio. Pero, ¿alguna vez te has preguntado qué otros materiales son necesarios para fabricar una batería de Li-ion?

La creación de una batería de iones de litio requiere múltiples capas. Como otras baterías, las baterías de Li-ion tienen un cátodo cargado positivamente, un ánodo cargado negativamente y un electrolito que los separa. El cátodo suele estar hecho de una mezcla de litio, níquel, cobalto y manganeso, mientras que el ánodo está hecho con mayor frecuencia de grafito.

Finalmente, las celdas individuales están encerradas en una carcasa de aluminio o acero que mantiene la batería unida y la protege contra daños mecánicos.

¿Qué componentes son necesarios para una batería?

Más allá de las materias primas que componen sus celdas, una batería de VE requiere muchos más componentes de hardware y software para que sea funcional. Examinemos las características principales de una batería de VE.

Matriz de módulos de batería La matriz de módulos de batería es el término técnico que se refiere a los componentes de almacenamiento de energía de la batería. Esto incluye las celdas mencionadas anteriormente, que se agrupan en módulos, cada uno de los cuales contiene un número específico de celdas conectadas entre sí. Estos módulos se conectan luego para formar el paquete de baterías completo final (lo que la mayoría de las personas suele llamar batería de VE).

Sistema de gestión de baterías (BMS) El BMS de un vehículo eléctrico es quizás la parte más fundamental de su batería. Controla todos los aspectos de la batería y garantiza su funcionamiento óptimo. Monitorea y regula el nivel de carga de cada celda, decide qué celdas cargar o descargar y sigue la temperatura de la batería.

Si la batería funciona de manera anormal, el BMS puede ajustar automáticamente el consumo de energía para proteger la batería y, si es necesario, alertar al conductor.

Sistema eléctrico de la batería El sistema eléctrico de la batería se refiere a todos los cables, conexiones, fusibles y otros componentes eléctricos necesarios para el funcionamiento de una batería de VE. Está diseñado para soportar altos voltajes y generalmente está integrado con el sistema de gestión de baterías para gestionar eficientemente cada celda.

Sistema de refrigeración de la batería Al igual que la batería de tu teléfono o portátil, las baterías de VE también se calientan con el uso. Debido a su tamaño, las baterías de los coches eléctricos pueden producir mucho calor que necesita ser disipado; esta es la responsabilidad del sistema de refrigeración de la batería. Por lo general, se trata de un refrigerante sellado que puede extraer el calor de las celdas de la batería y disiparlo en el aire.

Carcasa de protección de la batería Finalmente, la batería necesita una estructura física para mantener todos sus componentes juntos. Este es el papel de la carcasa de protección de la batería. Aunque su función puede parecer simple, su diseño debe garantizar que sea hermética, resistente a los impactos y capaz de soportar diversas vibraciones, lo que hace que su ingeniería sea mucho más compleja de lo que parece.

¿Quién las fabrica?

Dado que la producción de baterías para vehículos eléctricos es una actividad intensiva en recursos y capital, la mayor parte de la producción mundial de baterías está concentrada en manos de unas pocas empresas.

El principal fabricante mundial de baterías para VE es CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited), una empresa china que posee aproximadamente el 34% de la cuota total del mercado de baterías para VE. Esto no es sorprendente, ya que China representa el 70% de la capacidad de producción de cátodos y el 85% de la producción de ánodos, y más de la mitad de los minerales crudos utilizados para fabricar una batería de VE también provienen de China.

El segundo mayor fabricante es LG Energy Solution, con una cuota de mercado del 14%. Recientemente, anunciaron una asociación con Honda para invertir 4.400 millones de dólares en la construcción de una planta de fabricación de baterías para VE en los Estados Unidos, que se espera que comience la producción alrededor de 2025.

El tercer mayor fabricante es BYD, una empresa china con una cuota de mercado del 12%. A diferencia de muchos de sus competidores, BYD también es un fabricante de vehículos eléctricos, lo que significa que puede satisfacer la mayoría de sus propias necesidades de baterías y sistemas de vehículos eléctricos.

Estados Unidos, Japón y Corea del Sur representan el resto del mercado de baterías para VE, con un 7%, 11% y 14% de la producción mundial de baterías para VE, respectivamente.

Está claro que China es el actor dominante en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos. Mientras que Estados Unidos y la UE intentan impulsar la producción a través de iniciativas del sector público, es probable que China siga siendo el principal proveedor de baterías para VE al menos hasta 2030.

Brecha entre la oferta y la demanda

Impulsados por el crecimiento explosivo de la movilidad eléctrica, los fabricantes de vehículos eléctricos enfrentan desafíos para obtener las materias primas necesarias para fabricar un vehículo eléctrico, particularmente las baterías. Desde principios de 2020, el sector automotriz ha estado lidiando con continuas escaseces de chips informáticos, que siguen afectando los precios y el costo de fabricación de un VE. Además de las escaseces existentes de litio, se avecina otra escasez de minerales: la de grafito.

El grafito es el componente principal del ánodo de una batería de VE, y las escaseces podrían aumentar aún más el costo de producción de las baterías de VE.

El futuro de las baterías de VE

Con noticias de escaseces y aumentos de precios por todos lados, es natural preguntarse cómo será el futuro de las baterías de VE.

Más allá de extraer más materias primas, una vía prometedora es el reciclaje de baterías de VE, que recupera muchos minerales de baterías antiguas y los reutiliza para la producción de nuevas baterías. Esto no solo puede aliviar muchas de las escaseces actuales, sino que también hace que la producción de baterías de vehículos eléctricos sea mucho más sostenible.

Además del reciclaje, nuevas investigaciones prometen mejorar el rendimiento de las baterías de VE, haciéndolas más eficientes y, por lo tanto, utilizando menos materias primas.

La fabricación de baterías para vehículos eléctricos es un proceso complejo que utiliza materiales cada vez más escasos y aprovecha una experiencia que pocos fabricantes poseen. Dicho esto, los avances en el reciclaje de baterías y la investigación sobre baterías más eficientes, combinados con los esfuerzos políticos para impulsar la producción mundial, deberían garantizar que las baterías para vehículos eléctricos sigan siendo asequibles y disponibles en los próximos años.

Si deseas saber más sobre las baterías de VE, consulta nuestros artículos dedicados a su costo o cómo se pueden reciclar.