¡Revelamos en qué están trabajando los fabricantes de baterías!

Polonia es el segundo productor más grande de baterías en el mundo. Las baterías ya representan más del 2.4% de nuestro valor de exportación. Esto no es sorprendente, ya que el valor de producción de este sector en nuestro país ha aumentado de 1,000 millones de PLN en 2017 a más de 38,000 millones de PLN en solo 6 años. Esto se refiere principalmente a las baterías para automóviles eléctricos, pero por ahora están utilizando las mismas tecnologías que las baterías para scooters y bicicletas. Por lo tanto, en la práctica, todos los fabricantes de baterías están enfrentando los mismos desafíos en la actualidad.

Aumento de la Densidad Energética de las Baterías y Reducción del Peso

La clave para el desarrollo de la industria de las baterías radica en aumentar la densidad energética de las celdas. Este parámetro se puede explicar como la capacidad de almacenar energía por unidad de masa. Cuanto mayor sea, mayor capacidad tendrá una batería con un peso constante. A la inversa, las baterías con alta densidad energética pueden tener menos peso para el mismo rendimiento.

La densidad energética es crucial en los automóviles eléctricos, ya que sus paquetes de celdas pesan cientos de kilogramos (por ejemplo, 480 kg en el Tesla Model 3), y en los camiones eléctricos, pueden ser tan grandes que limiten la carga útil y la tonelada. También es un parámetro importante en la construcción de bicicletas y scooters eléctricos.

Las baterías para scooters eléctricos y bicicletas pueden pesar hasta 10 kg, lo que puede representar hasta el 40% del peso total de estos vehículos. Las baterías más ligeras facilitan el transporte de dispositivos pequeños, incluyendo laptops.

La densidad energética de las baterías ha aumentado desde el inicio de su producción. Las primeras celdas de ion litio / polímero de litio que aparecieron en el mercado hace 20 años tenían una densidad energética de aproximadamente 120 Wh/kg. Los modelos modernos ofrecen de 250 a 300 Wh/kg, y las nuevas baterías del fabricante chino CATL ofrecen hasta 540 Wh/kg. Se estima que las baterías de aluminio-azufre alcanzarán una densidad energética de hasta 1400 Wh/kg. Sin embargo, esta tecnología todavía está en fase de prueba.

Ampliación de la Vida Útil de las Baterías

Ampliar la vida útil de las baterías reducirá indirectamente los costos de su eliminación, que están al menos parcialmente incluidos en el precio de la batería. Por lo tanto, cuanto más tiempo usemos las celdas, más baratas serán en última instancia. Por eso, ampliar la vida útil de la batería es uno de los desafíos para sus fabricantes. Esto depende de la tecnología de producción de la batería y del método de uso del usuario (especialmente la carga). Por supuesto, los fabricantes no tienen un control directo sobre el último grupo de factores, por lo que se centran en el primero.

Se estima que una batería de iones de litio estándar para scooters eléctricos o bicicletas tiene una vida útil de 500 a 1000 ciclos de carga. En la práctica, esto significa alrededor de 2-3 años de uso con un uso diario del dispositivo, pero con el tiempo, la eficiencia y la capacidad de las celdas disminuyen notablemente.

Cuanto más a menudo deseemos utilizar dispositivos alimentados por batería, más importancia daremos a la vida útil de sus baterías. Las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePo4) están ganando popularidad en este sentido, ya que tienen una vida útil de 3000-5000 ciclos. Las más prometedoras en este sentido siguen siendo las baterías de sodio, que se espera que tengan una vida útil de más de 10,000 ciclos.

Reducción de los Costos de Producción mediante el Uso de Nuevas Tecnologías

El precio de las baterías también afecta su atractivo y competitividad en el mercado, principalmente debido a la competencia resultante del costo de los materiales utilizados en la producción. Es importante destacar que desde 2020, el precio del litio ha aumentado casi diez veces, alcanzando un récord de $80,000 por tonelada en 2022. Esto afecta tanto al precio de las celdas como a la energía almacenada en ellas.

Por ejemplo, el costo de 1 kWh en las baterías de iones de litio modernas es de alrededor de $150. El uso de tecnologías modernas puede reducirlo a tan solo $15 por kWh (por ejemplo, las baterías de litio-aire). La mayoría de las soluciones innovadoras actualmente investigadas se relacionan con aplicaciones en automóviles eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía. Sin embargo, se puede suponer que se adoptarán al menos parcialmente en las baterías de dispositivos más pequeños.

Desarrollo de la Infraestructura de Carga y Reducción del Tiempo de Carga

No es un secreto que el desarrollo de la electromovilidad, especialmente en Polonia, todavía se ve obstaculizado por una infraestructura de carga insuficiente. Todavía hay muy pocas estaciones de carga, especialmente cerca de las autopistas y los centros urbanos.

Sin embargo, esta industria se está desarrollando de manera muy dinámica. Según el informe “Mapa de Movilidad Eléctrica”, ya hay 2885 estaciones de carga en Polonia, y cada mes se agregan docenas más.

Uno de los nuevos actores es la empresa Aster Streams, que planea construir 1000 estaciones de carga en Polonia antes de finales de 2026. ¡Apoyamos su iniciativa!

Aumento de la Seguridad de las Baterías

Es un hecho que el desarrollo de vehículos eléctricos y otros dispositivos alimentados por batería ha llevado a un aumento de los incidentes relacionados con las baterías. Solo en 2020, hubo más de 10,000 casos de fallas de baterías en scooters eléctricos que resultaron en incendios. En abril de este año, un incendio causado por una batería de bicicleta eléctrica dañada en Estados Unidos cobró la vida de dos niños. Cuantos más dispositivos alimentados por batería usemos, estadísticamente más frecuentes serán tales incidentes. Por lo tanto, un desafío significativo para la industria de las baterías es aumentar la seguridad reduciendo el riesgo de fallas de las baterías.

Es obvio que los fabricantes de baterías no pueden eliminar los casos de daño celular causados por los usuarios o sus errores en el almacenamiento y la carga de las baterías. Sin embargo, pueden adoptar tecnologías más seguras que las baterías de ion litio, como las baterías de estado sólido que no contienen solventes orgánicos en el electrolito o las baterías LFP que utilizan una química estable.

Hasta que las soluciones innovadoras se vuelvan comunes, es necesario realizar esfuerzos para mejorar el control de calidad de las baterías modernas y eliminar componentes defectuosos o errores de ensamblaje. También es esencial educar a los usuarios de todos los vehículos alimentados por batería sobre su uso seguro, almacenamiento y carga.

La Necesidad de Investigación Continua y el Desarrollo Dinámico del Mercado

En el contexto de los desafíos discutidos, hay uno más que esencialmente abarca todos los demás. Se refiere a la necesidad de desarrollar continuamente tecnologías de baterías buscando nuevas soluciones de diseño, pero especialmente materiales innovadores.

Esto es evidente, por ejemplo, en el desarrollo de la tecnología de iones de litio, en la que el uso de nuevos materiales como cátodos de litio y óxido de hierro ha permitido un aumento del 100% en la densidad energética en comparación con las primeras baterías de la década de 1990.

Es igualmente importante la posibilidad de evitar el uso de materiales problemáticos como el litio, el cobalto, el cobre o el níquel. En este sentido, vale la pena mencionar las baterías de iones de sodio, que tienen el potencial de revolucionar el mercado de vehículos eléctricos al reducir los costos de producción mediante el uso de sodio más barato y ampliamente disponible.

Regulación de Baterías de la UE y sus Consecuencias

El 10 de julio de 2023, la UE adoptó regulaciones sobre baterías y baterías usadas, inmediatamente conocidas como la “Regulación de Baterías”.

La Regulación de Baterías presenta muchos desafíos para los fabricantes de baterías. Es importante destacar que las nuevas regulaciones se aplican a las baterías de todos los dispositivos, no solo a los vehículos, sino también a teléfonos, laptops y sistemas de almacenamiento de energía. Además, introduce una nueva categoría en la nomenclatura: “baterías LMT”, que son baterías para dispositivos de transporte ligero como scooters eléctricos, patinetes y bicicletas.

Entre los principales requisitos de la Regulación de Baterías se encuentra el diseño de dispositivos de manera que facilite el reemplazo de la batería. Esto permitirá a los usuarios quitar fácilmente la batería, facilitando así el reciclaje. Además, la Regulación de Baterías establece límites para la recolección de baterías portátiles usadas (hasta un 45% en 2023, un 63% en 2027 y un 73% en 2030) y baterías LMT (hasta un 51% en 2028 y un 61% en 2031).

La Regulación de Baterías tiene como objetivo proporcionar un mayor control sobre el uso de las baterías, pero lo más importante, busca aumentar la escala del reciclaje de baterías y la recuperación de materiales valiosos, cuya extracción afecta al medio ambiente natural.

A largo plazo, la industria de las baterías se beneficiará del mayor alcance de la recolección de celdas y del reciclaje. La dificultad más significativa parece ser la obligación de facilitar el reemplazo de la batería, ya que esto podría facilitar que los competidores atraigan a algunos clientes.

Resumen

Es evidente que los desafíos que enfrentan los fabricantes de baterías hoy podrían convertirse en factores que obstaculicen la expansión de los vehículos eléctricos y la popularidad de otros dispositivos eléctricos en el futuro. El tiempo dirá cómo los líderes de la industria y las startups innovadoras abordarán estos problemas. Sin embargo, dos cosas son seguras: el valor del sector de producción de baterías aumenta año tras año y no parece haber fin a esta tendencia.