¿Las baterías de iones de litio impulsarán los automóviles?

Galería de imágenes: coches híbridos El Chevrolet Volt, un híbrido enchufable diseñado para correr hasta 40 millas con un paquete de baterías de iones de litio. Vea más imágenes de automóviles híbridos. Imágenes de Alex Wong / Getty

La progresión hacia los coches híbridos y eléctricos parece un paso natural en la evolución de la tecnología del automóvil. Los analistas no predicen una caída en los precios del petróleo y la gasolina en el corto plazo, lo que hará que los fabricantes de automóviles aceleren de manera efectiva para encontrar la mejor manera de impulsar los vehículos. Si los autos conceptuales recientes revelados por los principales fabricantes de automóviles son predictores precisos, Baterías de iones de litio (Li-ion) puede ser esa bala mágica.

Tomemos, por ejemplo, el Chevrolet Volt. Este es el automóvil conceptual híbrido enchufable de General Motors diseñado para correr por tramos de 40 millas (64,3 kilómetros) completamente con baterías de iones de litio. Después de eso, un pequeño motor de gasolina se hará cargo de otras 600 millas (965 kilómetros). Eso significa que muchas personas podrían completar su viaje diario sin quemar una gota de gasolina. Además, la compañía planea comenzar a producirlos en masa para 2010..

Puede recargar algunas baterías de iones de litio enchufando el automóvil a una toma de corriente. VisionsofAmerica / Joe Sohm / Getty Images

Y Chevrolet no está solo en la tendencia de iones de litio. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler y Saturn fueron todos los prototipos de 2008 que cuentan con paquetes de baterías de iones de litio para una conducción más ecológica [fuente: Mahoney].

¿Por qué tanto adular las baterías de iones de litio en primer lugar? El Toyota Prius y dos nuevos híbridos que la compañía presentó en junio de 2008 usan una batería de níquel-hidruro metálico. De acuerdo con los estándares de la EPA más recientes, el Prius obtiene una combinación de 46 millas por galón, sin mencionar que se ha vendido como pan caliente. [fuente: fueleconomy.gov].

Pero en términos de energía, las baterías de iones de litio simplemente tienen un impacto más poderoso. Las baterías de iones de litio almacenan más energía en espacios más pequeños que las más tradicionales de plomo-ácido y níquel-hidruro metálico. El litio tiene la mayor densidad de energía y potencial electroquímico de todos los metales, que es lo que le da esa resistencia [fuente: Buchmann]. Las baterías de hidruro metálico de níquel en los híbridos en la carretera también son pesadas, lo que limita su potencial, mientras que las baterías de iones de litio pueden aumentar la velocidad sin sobrecargar el automóvil. Debido a esta propiedad, puede encontrar versiones más pequeñas de ellos en muchos productos electrónicos de consumo, como computadoras portátiles, teléfonos celulares y iPods..

Pero hay algunos obstáculos en el camino para que las baterías de iones de litio se conviertan en la gasolina del mañana, a saber, la seguridad, los costos y la longevidad. Veremos los problemas de seguridad en la página siguiente..

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Los paquetes y celdas de baterías de iones de litio vienen en todas las formas y tamaños, pero todos son similares. Vea cómo se ven los paquetes y las celdas en el interior.

¿Recuerda cuando las computadoras portátiles estallaron en llamas en 2006? Fue la batería de iones de litio.

Las explosiones aleatorias por sobrecalentamiento no fueron un problema generalizado, pero sin embargo, el fabricante de baterías de iones de litio Sony, que presentó la primera batería de iones de litio comercializada en 1991, tuvo que retirar más de 6 millones de computadoras debido a ello [fuente: Lamb ].

Los paquetes y celdas de baterías de iones de litio vienen en todas las formas y tamaños, pero todos son similares. Vea cómo se ven los paquetes y las celdas en el interior.

En los dos años transcurridos desde entonces, la batería de iones de litio no ha recuperado por completo su reputación de seguridad. Ahora puede ver por qué ponerlo dentro de un automóvil hace que algunas personas se sientan un poco ansiosas.

¿Por qué existe la posibilidad de explosión? Las baterías de iones de litio funcionan separando sus lados positivo y negativo por una capa delgada, llamada electrólito. El electrolito está perforado para permitir que los iones de litio pasen de un lado de la cámara al otro, generando así una corriente. Los pequeños trozos de metal que resultan del proceso de fabricación pueden potencialmente atascarse en esas perforaciones, lo que impide que los iones fluyan libremente. La presión y el calor pueden acumularse y provocar una explosión. Además, permitir que los iones se muevan demasiado rápido también puede provocar un sobrecalentamiento..

Entonces, ¿cómo funciona el totalmente eléctrico Tesla Roadster ¿Conseguir colocar 6,831 baterías de iones de litio bajo su capó sin correr el riesgo de una explosión importante? El sistema de almacenamiento de energía de Tesla que impulsa el automóvil está equipado con un sistema de enfriamiento, que asegura que las baterías no se sobrecalienten. También regula la velocidad del flujo de iones para evitar que se recarguen o se agoten demasiado rápido..

Dado que las compañías de automóviles y los científicos se dieron cuenta del amplio potencial de las baterías de iones de litio, han invertido tiempo y dinero en encontrar formas de reducir los riesgos de seguridad. Por ejemplo, nanotecnología, el estudio de átomos y nanoestructuras, puede ser capaz de prevenir esas peligrosas explosiones. Los nuevos nanomateriales, como el nanofosfato, no son propensos a sufrir cortocircuitos como el grafito, el electrolito de iones de litio tradicional [fuente: Peter].

Y hablando de tiempo y dinero, antes de que las baterías de iones de litio hagan su gran entrada en el mundo del automóvil de consumo, deben ser más baratas y duraderas. Aprenda por qué y cómo en la página siguiente.

Coches eléctricos de antaño

El impulso actual hacia los coches eléctricos es más un renacimiento que una revolución. De hecho, los carros eléctricos existían a principios del siglo XIX, mucho antes del motor de combustión interna. En nuestro tiempo, tanto Toyota como General Motors sacaron modelos de autos eléctricos a finales de los 90 que finalmente sacaron de la producción..

GM EV-1: General Motors lanzó una pequeña cantidad de estos sedanes eléctricos en 1996, pero solo para arrendamiento. Retiró todos los modelos en 2003 después de gastar mil millones de dólares en desarrollo [fuente: CBS News]. La revista TIME también lo nombró uno de los "50 peores autos de todos los tiempos" debido a su alcance limitado y alto gasto de producción [fuente: TIME].

Toyota RAV4-EV: la versión eléctrica del familiar SUV RAV. Al igual que el EV-1, Toyota dejó de fabricar este modelo en 2003. Según la compañía, conservó el automóvil debido a la lentitud de las ventas y a la impracticabilidad de su batería, que consume energía y cuesta más reemplazarla que todo el vehículo [fuente: Toyota].

El elegante Tesla se vende por más de $ 100,000 en parte debido a los altos precios de las baterías de iones de litio. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

El Tesla Roadster puede recorrer el equivalente a 256 millas por galón. Simplemente conéctelo durante la noche y podrá recorrer hasta 402 kilómetros (250 millas) sin pasar por la gasolinera. Pero hay una trampa: un modelo de 2009 se vende por más de $ 100,000.

Parte de ese elevado precio es el elegante diseño y las comodidades del automóvil deportivo y la potencia para ir de cero a 60 millas por hora en menos de cuatro segundos, una aceleración que se ubica entre los autos deportivos de gasolina de mejor desempeño. Pero ese poder no es barato. De hecho, las baterías de iones de litio son entre cuatro y cinco veces más caras que las de níquel-hidruro metálico [fuente: Popely]. Dado que los paquetes con capacidad para automóviles pueden costar entre $ 10,000 y $ 15,000 cada uno, encontrar una alternativa más barata será un gran obstáculo para las compañías automotrices que quieran comercializarlos [fuente: Popely].

También hay un problema con la duración de la batería. Al igual que las baterías AA que coloca en el control remoto de su televisor, las baterías de iones de litio eventualmente se agotan. Incluso si no los está usando, comenzarán a degradarse tan pronto como estén hechos. Puede recargarlos, pero solo una cantidad limitada de veces. Es como intentar llenar una jarra de agua que tiene un pequeño agujero que crece cada vez más con cada uso..

Medimos la longevidad de la batería en ciclos de vida, o la cantidad de veces que puede descargarla, cargarla y usarla nuevamente. Con las baterías de iones de litio, comenzar con una batería 100 por ciento completamente recargada le dará una vida útil más prolongada, pero reducirá la cantidad total de ciclos que obtendrá de ella. Por esa razón, el Tesla Roadster no le permite recargar más del 95 por ciento de la energía original o dejar que se agote a menos del 2 por ciento [fuente: Eberhard y Straubel]. Además, la compañía proyecta que el paquete de baterías dure 100,000 millas, o cinco años. En ese momento, tendrá que reemplazar la batería.

Al igual que con el problema de la seguridad, los investigadores buscan una alternativa de litio de mayor duración. Y una vez más, la nanotecnología parece estar a la cabeza de las posibles soluciones. Una empresa, Altair Nanotechnologies, anunció en 2006 que había encontrado un nuevo material que duraría mucho más que las baterías de iones de litio y se recargaría más rápido por el mismo precio, llamado titanato de litio [fuente: Bullis]. La empresa canadiense de automóviles Phoenix Motorcars está utilizando baterías de titanato de litio en su línea de automóviles eléctricos que tienen un alcance de más de 100 millas.

Toshiba también ha presentado una batería de iones de litio de carga rápida inicialmente para bicicletas y vehículos de construcción que eventualmente quiere probar en automóviles [fuente: MSNBC]. En junio de 2008, Toyota también anunció planes para unir fuerzas con la empresa que produce sus baterías híbridas actuales para desarrollar baterías de iones de litio para 2009 [fuente: Kim].

Con tanta energía destinada al desarrollo de baterías de iones de litio, existe una gran posibilidad de que puedan estar alimentando nuestros coches en un futuro próximo. Para obtener más información sobre los automóviles del mañana e información relacionada, visite los enlaces en la página siguiente.

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Más enlaces geniales

• FuelEconomy.gov
• Chevrolet Volt
• Tesla Motors

Fuentes

• Buchmann, Isidor. "¿Es la batería de iones de litio la batería ideal?" Universidad de la batería. Actualizado en noviembre de 2006. (26 de junio de 2008)
• Bullis, Kevin. "El coche de iones de litio". Revisión de tecnología. MIT. 24 de marzo de 2006. (26 de junio de 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
• Cotta, Rick. "Baterías híbridas: ¿No es peor para el desgaste?" Consumer Guide Auto. (1 de julio de 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
• Eberhard, Martin y Straubel, JB. "Un poco sobre baterías". Tesla Motors. 30 de noviembre de 2006. (26 de junio de 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
• Hall, Kevin G. "Los altos precios del petróleo impulsan el desarrollo de nuevas baterías híbridas". Periódicos McClatchy. 8 de junio de 2008. (26 de junio de 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
• Kim, Chang-Ran. "Toyota comenzará a producir baterías de iones de litio en 2009". 11 de junio de 2008. (26 de junio de 2008) http://www.boston.com/news/world/asia/articles/2008/ 06/11 / toyota_to_start_lithium_ion_battery_output_in_2009 /
• Lamb, Gregory M. "La búsqueda de una batería mejor sigue funcionando". Monitor de la Ciencia Cristiana. 18 de septiembre de 2006. (26 de junio de 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
• LaReau, Jamie. "Lutz de GM habla de baterías de iones de litio, automóviles y Toyota". Noticias de automoción. 19 de noviembre de 2007.
• Mahoney, Patrick G. "Concept cars de un color diferente ... Verde". Diseno de la maquina. 10 de abril de 2008 (26 de junio de 2008).
• Personal de MSNBC. "¿Batería revolucionaria para coches eléctricos?" MSNBC. 13 de diciembre de 2007. (26 de junio de 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
• Peter, Tom A. "Battery Tech comienza a ponerse al día con la alta tecnología". Monitor de la Ciencia Cristiana. 15 de marzo de 2007. (26 de junio de 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
• Popely, Rick. "La carrera de autos a batería está en marcha: a pesar de los costos actuales y las preocupaciones de seguridad, los fabricantes de automóviles ven los complementos y los híbridos como un remedio para la gasolina de $ 5 por galón en el futuro". McClatchy - Tribune Business News. 18 de junio de 2008. (26 de junio de 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story