Acabo de adquirir un coche eléctrico. Antes de comprarlo, estuve investigando sobre algunas cuestiones relacionadas con el funcionamiento de unos vehículos más antiguos que los de combustión acerca de los cuales corren numerosos bulos fatalistas que he comentado en algunos artículos publicados en este mismo blog (1, 2, 3, 4).
Una de las cuestiones que más me interesaron fueron las baterías, cuyo buen estado está garantizado durante ocho años por el fabricante del coche que he adquirido, un Volvo XE40 con el que estoy encantado. Cuento lo que he aprendido sobre las baterías y, sobre todo, por qué funcionan peor en frío, un problema que no me preocupa pero que debe afectar a quienes viven en climas con inviernos mucho más fríos que el nuestro.
Baterías recargables de iones de litio
Las baterías recargables de iones de litio son ideales para almacenar energía y alimentar dispositivos electrónicos, desde teléfonos hasta vehículos eléctricos. Sin embargo, en entornos muy fríos pueden resultar más difíciles de cargar.
El almacenamiento de energía electroquímica dentro de las baterías funciona almacenando electricidad en forma de iones. Los iones son átomos que tienen una carga distinta de cero porque o tienen demasiados electrones o no tienen suficientes.
Cuando enchufas tu coche eléctrico o tu teléfono, la electricidad que proporciona el enchufe a la red impulsa estos iones desde el electrodo positivo de la batería hasta el electrodo negativo. Los electrodos son materiales sólidos de una batería que pueden almacenar iones; todas las baterías tienen un electrodo positivo y uno negativo.
Los electrones pasan a través de la batería en forma de electricidad. Por cada electrón que pasa a un electrodo, un ion de litio, que funciona como un transportador también pasa al mismo electrodo (mira el video y el diagrama más abajo). Eso garantiza el equilibrio de cargas en la batería. Mientras conduces tu coche, los iones almacenados en el electrodo negativo vuelven al electrodo positivo y el flujo de electricidad resultante alimenta el motor.
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| Diagrama que muestra tres rectángulos que representan el cátodo, el ánodo y el electrolito (en el centro de este, una barra en gris representa el separador, una membrana semipermeable. Los pequeños círculos que representan los iones de litio se mueven hacia el ánodo para cargarse y hacia el cátodo para descargarse. Cuando una batería de iones de litio suministra energía a un dispositivo, los iones de litio (átomos que llevan una carga eléctrica) se mueven desde el electrodo negativo, el ánodo, hasta el electrodo positivo, el cátodo. Los iones se mueven en sentido inverso cuando se recargan. Laboratorio Nacional de Argonne, CC BY-NC-SA |
Por qué las baterías son de litio
A diferencia de las baterías domésticas convencionales (AA o AAA), que pueden alimentar dispositivos electrónicos pequeños, las baterías de iones de litio recargables pueden funcionar durante miles de ciclos de carga y descarga completas. En cada ciclo, también pueden almacenar una cantidad de carga mucho mayor que una batería convencional.
El litio (del vocablo griego ‘piedrecita’), un elemento químico de símbolo Li, de masa atómica 6,9, cuya densidad es la mitad de la del agua, es el metal y el elemento sólido más ligero y blando.
Como es el metal más ligero, tiene una gran capacidad específica, lo que significa que puede almacenar una gran cantidad de carga por peso. Por eso, las baterías de iones de litio son útiles no solo para dispositivos electrónicos portátiles, sino también para alimentar medios de transporte con un peso o volumen limitados, como los automóviles eléctricos.
Por qué el frío extremo afecta a las baterías de litio
El clima puede afectar el funcionamiento de las baterías cuando las temperaturas son gélidas. Las baterías contienen líquidos llamados electrolitos y, como las temperaturas frías hacen que los líquidos sean más viscosos y fluyan más lentamente, los electrolitos se vuelven más lentos y se espesan, lo que hace que los iones de litio en su interior se muevan más lentamente.
Las moléculas de los fluidos se mueven más lentamente a temperaturas más frías: lo mismo sucede dentro de las baterías.
Esta desaceleración puede impedir que los iones de litio se inserten correctamente en los electrodos. En cambio, pueden depositarse en la superficie del electrodo y formar litio metálico. Si se deposita demasiado litio en la superficie del electrodo durante la carga, se puede provocar un cortocircuito interno. Este proceso puede provocar un incendio en la batería.
Varios grupos de investigación están estudiando cómo fabricar baterías que funcionen de forma más eficiente en frío. Por ejemplo, se está estudiando la posibilidad de sustituir el electrolito habitual de las baterías por otro alternativo que no se espese a bajas temperaturas. Otra opción es calentar la batería antes de cargarla para que el proceso de carga se produzca a una temperatura más cálida.
Otros grupos también están investigando nuevos tipos de baterías con iones distintos al litio. Se investiga preferentemente con baterías que utilicen sodio en lugar de litio. Las baterías de iones de sodio podrían funcionar bien y costar menos, ya que el sodio es un recurso muy abundante en la naturaleza.
