Energía para llevar

¿En qué se parecen una linterna y un Tesla? En que ninguno de los dos funciona sin batería. Pero ¿cómo será la tecnología de las baterías en el futuro? Investigadores de todo el mundo trabajan para encontrar nuevas soluciones.

La electromovilidad no es nada sin las baterías. Son ellas las que suministran la energía a innumerables vehículos y aplicaciones que resultan fascinantes precisamente porque no necesitan una conexión permanente a una toma de corriente. A pesar de los grandes avances tecnológicos de las últimas décadas, las baterías siguen pareciendo una reliquia del pasado si las comparamos con la electrónica de alta tecnología y última generación. Por ejemplo, el microprocesador de un smartphone es capaz de realizar miles de millones de operaciones en cuestión de segundos. Sin embargo, la carga de una batería puede durar horas. Además, las baterías son los más pesados de todos los componentes instalados. Es posible que a los consumidores esto les resulte molesto, pero la realidad es que los dispositivos de almacenamiento de energía y las reacciones químicas que se producen en su interior, no pueden miniaturizarse como los semiconductores. En nuestras vidas cotidianas utilizamos muchos tipos de baterías:

• Baterías alcalinas baratas en mandos a distancia y en relojes
• Baterías de níquel-cadmio con usos similares a las alcalinas, pero recargables
• Baterías de iones de litio en cámaras, taladros y coches eléctricos
• Baterías de polímero de litio en smartphones y tabletas Las baterías de polímero de litio son un tipo especial de baterías de iones de litio con una forma muy plana porque utilizan un electrolito gelatinoso en lugar de uno líquido. Sin embargo, también son más sensibles que las baterías de iones de litio.

Aunque las baterías de litio son el estándar hoy en día, sus desventajas no pueden pasarse por alto. La mayoría de las personas han visto imágenes de smartphones y coches eléctricos cuyas baterías se han incendiado o incluso han explotado. Esto es algo terrible. Por este motivo, los investigadores de todo el mundo están trabajando para crear nuevos tipos y tecnologías de batería. El objetivo es reducir el tamaño, el peso, el tiempo de carga y el precio de las baterías, aumentando la seguridad al mismo tiempo. Además, los elementos de litio y cobalto (los componentes principales de las baterías) no se encuentran disponibles en cantidades ilimitadas.

Las baterías de magnesio podrían ser una buena alternativa. Esta tecnología es el punto central de un proyecto de investigación del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y el Instituto Helmholtz de Ulm. «Una batería de magnesio ofrecería ventajas decisivas en comparación con las baterías de iones de litio convencionales», afirma el KIT en una nota de prensa. «Como material del ánodo, el magnesio permite obtener densidades de energía mucho mayores y sería mucho más seguro». Otra ventaja es que el magnesio es 3000 veces más común que el litio y se recicla más fácilmente. «Si Europa avanza favorablemente con su desarrollo, las baterías de magnesio podrían ayudar a reducir el dominio de los fabricantes asiáticos y a establecer una industria competitiva en Europa», señala el KIT. Otro candidato para la que se conoce como batería de estado sólido es, sorprendentemente, el vidrio. El sodio que contiene el vidrio es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza. Las baterías con un electrolito especial de vidrio podrían llegar a cargarse en cuestión de minutos y ofrecerían una seguridad mayor que las inflamables baterías de iones de litio. Sin embargo, pasará algún tiempo hasta que esta tecnología esté disponible en el mercado y sea capaz de sustituir a las baterías de iones de litio.

maxon explora el mundo de las baterías

¿Baterías fabricadas por maxon, el especialista en motores? Lo que puede sonar como un plan para el futuro, ya es realidad. maxon comenzó a explorar el mundo del almacenamiento de energía con el desarrollo de BIKEDRIVE, un kit de reequipamiento que convierte una bicicleta normal en una bicicleta eléctrica. Después de algunos problemas con el proveedor de las baterías, maxon decidió crear las suyas propias. Sin embargo, esto es más fácil de decir que de hacer. La fabricación de baterías requiere ingeniería creativa, conocimientos técnicos y equipamiento especializado. «Para nosotros, este es un campo relativamente nuevo, pero muy emocionante», comenta Benny Keller de maxon advanced robotics & systems (mars).

Una batería consiste en varias celdas individuales que generalmente suministran una tensión de 3,7 V. Dependiendo del cableado de estas celdas individuales, la batería tiene distintas especificaciones. Si las celdas se cablean en serie, su tensión se suma. El cableado de las celdas en paralelo aumenta la capacidad de la batería. La creación de un combinación óptima de estas celdas individuales requiere pericia y conocimientos técnicos. «Además, hay muchos normas de seguridad que deben cumplirse», explica Benny Keller. Una batería no está terminada después de pegar y cablear las celdas de forma profesional. También se requiere un sistema de gestión de baterías (BMS). La electrónica se instala normalmente en una placa de circuito impreso en la carcasa de la batería. Los especialistas de maxon han desarrollado y producido su propio BMS. El BMS garantiza que todas las celdas se carguen y descarguen de manera uniforme. Esto es fundamental para la vida útil de la batería. El BMS también contribuye a la seguridad. Evita, por ejemplo, que la batería se cargue o funcione a temperaturas excesivamente altas o bajas.

Está claro que maxon, que acaba de empezar en este campo, no puede empezar a producir baterías en masa de un día para otro. Sin embargo, el taller de Giswil está muy bien equipado para la producción de prototipos y pequeñas cantidades. Para la producción de grandes cantidades, maxon recurre a fabricantes de renombre del sur de Alemania. Naturalmente, las baterías de maxon han sido diseñadas para las aplicaciones de la electromovilidad y la robótica.