Un salto cualitativo en la tecnología de baterías para vehículos eléctricos
Con toda la actividad que se está produciendo en el panorama de los coches eléctricos, a veces es fácil olvidar que los vehículos eléctricos modernos siguen siendo un fenómeno relativamente nuevo y están en el inicio de su ciclo de vida tecnológico. Los vehículos eléctricos han mejorado enormemente desde la introducción del primer Nissan Leaf y el Tesla Model S a principios de la década de 2010, pero al igual que los vehículos de combustión interna, baterías van a dar varios saltos cuánticos en las próximas décadas a medida que los ingenieros encuentren formas de generar más potencia y alcance y, al mismo tiempo, reducir los costos.
Es posible que el próximo gran salto esté cerca, con una tecnología de baterías que aumenta la autonomía llamada ánodos a base de silicio. Tras 12 años de desarrollo, Sila Inc., una empresa de materiales para baterías con sede en Silicon Valley, afirma haber finalizado un proceso de fabricación masiva de ánodos a base de silicio, lo que podría impulsar inmediatamente los vehículos eléctricos gama con un aumento del 20 por ciento. Los ánodos, fabricados con el material «Titan Silicon» de la empresa, entrarán en producción a principios de 2025, y Sila afirma que podrá fabricar suficiente material para fabricar hasta 200 000 vehículos eléctricos al año en 2026 y un millón de vehículos eléctricos al año en 2028.
Cómo funcionan los ánodos de silicio
Baterías de iones de litio, las baterías más comunes que se encuentran en los coches eléctricos, se inventaron en la década de 1980. El ánodo de la batería actúa como depósito para iones de litio. Cuando la batería está cargada, los iones llenan los espacios entre las capas de grafito y, cuando la batería está descargada, los iones salen del ánodo y se dirigen al otro lado de la batería, el cátodo. Hasta ahora, casi todos los ánodos se fabricaban con grafito, y la mayor parte del suministro mundial de grafito se extrae o procesa en China.
Si bien el grafito funciona bien como material para los ánodos, es pesado y no es muy denso, lo que significa que los ánodos de grafito ocupan más espacio y pesan más de lo que les gustaría a los ingenieros. Algunos fabricantes de baterías, como Tesla, han empezado a incorporar pequeñas cantidades de silicio en sus ánodos, lo que ayuda a que las baterías se carguen más rápido y almacenen más energía. Sin embargo, hasta ahora, los fabricantes no han podido superar la principal desventaja del silicio: el hecho de que se expande físicamente a medida que la batería se llena de iones de litio. Incluso con bajas concentraciones de silicio, el ánodo puede hincharse y degradar rápidamente la batería; por eso, hasta ahora, solo era posible obtener un contenido de silicio de alrededor del 5 por ciento.
La solución de Sila para fabricar ánodos con un mayor contenido de silicio es una estructura alrededor de las partículas de silicio con muchos orificios que permite que el silicio se expanda sin dañar la capa exterior del ánodo. La estructura similar a la del queso suizo significa que el volumen de silicio solo se expande un 6 por ciento; según la empresa, es similar al grafito. Tras 1.100 ciclos de carga y descarga (lo que equivale a unas 300.000 millas de conducción), Sila afirma que una batería con ánodos de silicio lo hará también conserva el 80 por ciento de su capacidad inicial, que también es similar a las baterías con ánodos de grafito.
Titan Silicon para el SUV Mercedes EQG
Sila afirma que probó más de 70 000 variaciones de silicio antes de decidirse por la formulación final de Titan Silicon. Titan Silicon admitirá casi el 100 por ciento de ánodos de silicio, lo que aumentará significativamente la densidad energética de las baterías en las que está instalada. Los fabricantes de automóviles que trabajan con Sila pueden elegir la cantidad de silicio que se utilizará para los ánodos de las baterías en función de los objetivos de autonomía y coste. Cuanto más silicio se utilice, mayor será el precio; al menos al principio, el Titan Silicon se venderá a un precio más elevado y se utilizará en vehículos de gama alta cuyos conductores esperen una mayor autonomía.
De hecho, el primer vehículo que utilizará los ánodos de titanio y silicio de Sila es el próximo Mercedes-Benz EQG SUV, la versión eléctrica del icónico todoterreno G-wagon de la compañía. Con un precio superior a los 150 000 dólares, la Clase G es una de las favoritas de celebridades y multimillonarios, y es una excelente plataforma de lanzamiento para los costosos ánodos de silicio. Mercedes-Benz ha declarado que la batería del EQG tendrá una densidad energética de 800 vatios-hora por litro de volumen; en términos sencillos, la batería del EQG debería proporcionarle una autonomía tan impresionante como su precio inicial.
Otros jugadores que ingresan al mercado
Otras empresas también están trabajando arduamente en la tecnología de ánodos de silicio. Tesla, que ya incorpora una pequeña cantidad de silicio en sus baterías, se ha pronunciado públicamente sobre el desarrollo de sus propios ánodos de silicio de mayor concentración. Group14 Technologies, con sede en Seattle, ya tiene un acuerdo de suministro con Porsche, que incorporará los ánodos de silicio de Group14 en su próxima generación de coches eléctricos. Además, OneD Battery Sciences, con sede en Palo Alto (California), está trabajando con General Motors en el desarrollo de baterías de ánodo de silicio de primera calidad.
Al igual que Sila, estas empresas anticipan que los ánodos de silicio comenzarán como una tecnología cara para vehículos caros. Sin embargo, con el tiempo, se prevé que los ánodos a base de silicio, una vez que estén en plena producción, acaben costando menos que los ánodos de grafito y se generalicen en la industria. El director ejecutivo de Sila, Gene Berdichevsky, espera que un tercio de los coches eléctricos del mundo tengan ánodos a base de silicio en 2030 y que, para 2035, la mayoría de las baterías para vehículos eléctricos del mundo cuenten con esta tecnología.
Si bien no está claro qué jugador será el primero en ampliar la tecnología, será fascinante ver cómo se desarrollan los avances en los próximos años.
