Tipos de baterías utilizadas en vehículos eléctricos e híbridos

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Con el auge de los vehículos eléctricos e híbridos de los últimos años se están desarrollando baterías cada vez más eficientes capaces de conseguir tiempos de recarga menores y mayores autonomías.

Actualmente, los tipos de baterías que más se utilizan en vehículos híbridos y eléctricos son:

Baterías de Plomo – Ácido:

En cuanto a baterías se refiere, se trata de la tecnología más madura ya que la primera batería de plomo – ácido se fabricó en 1859. Hoy día, la gran parte de los vehículos eléctricos llevan instaladas este tipo de baterías por su bajo coste gracias a la fabricación en serie.

Como principales ventajas destacan:

  • Alta potencia específica, 250 W/Kg.
  • Comportamiento estable y seguro.
  • Bajo coste de fabricación frente a otros tipos de baterías.

Por otro lado, las desventajas son:

  • Baja energía específica, 20 – 35 Wh/Kg.
  • Ciclo de vida corto.
  • Mal comportamiento en climas fríos.
  • Peso elevado.

Baterías de Níquel – Cadmio:

Las baterías de níquel – cadmio fueron consideradas como una de las mejores opciones para hacerle frente a las baterías de plomo – ácido gracias a que estas poseen el doble de densidad de energía. Sin embargo, en la actualidad han sido «descartadas» para desarrollar otro tipo de baterías más eficientes.

Como principales ventajas:

  • Energía específica de la batería, 40 – 55 Wh/Kg.
  • Buena potencia específica, 125 W/Kg.
  • Mejor comportamiento en frío que las baterías de plomo – ácido.
  • Baja autodescarga.
  • Ciclo de vida largo.
  • Carga rápida.
  • Alta fiabilidad.

Como inconvenientes destacan:

  • Elevado coste de fabricación.
  • Elevada toxicidad del cadmio.

Baterías de Níquel – Metal Hidruro:

Este tipo de baterías se introdujo a finales del siglo XX. Su funcionamiento es muy similar a las baterías de níquel – cadmio. La principal diferencia está en que estas baterías no utilizan cadmio, en cambio, el electrodo negativo utiliza hidrógeno, absorbido por un metal hidruro.

Las ventajas principales de este tipo de baterías son:

  • Alta energía específica, 60 – 70 Wh/Kg.
  • Alta potencia específica, 200 W/Kg.
  • Elevada seguridad y manejabilidad.

Como desventajas:

  • Elevado Coste.
  • Bajo rendimiento, alrededor del 70 %.
  • Tienen efecto memoria.

Baterías de Litio – Ión:

En la actualidad, las baterías de litio son las más utilizadas en teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Sin embargo, su aplicación en vehículos eléctricos supone algunos problemas como el elevado coste y diferentes problemas de seguridad.

Ventajas:

  • Alta energía específica, 90 – 120 Wh/Kg.
  • Elevada potencia específica, 200 – 300 W/Kg.
  • Alto rendimiento, alrededor de un 90 %.
  • Buen comportamiento a altas temperaturas.
  • Baja autodescarga.
  • Son reciclables.

Desventajas:

  • Elevado coste.
  • Problemas de seguridad.
  • Necesidad de un buen sistema de control de la tensión de las celdas durante su carga.

A pesar de las desventajas, las baterías de litio – ión presentan grandes ventajas, por ello grandes fabricantes de automóviles como Tesla utilizan este tipo de baterías en sus vehículos.

Baterías de Litio – Polímero:

Este tipo de baterías se consideran baterías de estado sólido, lo que significa que sus electrolitos (sustancia que actúa como conductor eléctrico) son sólidos. El electrolito más común es el óxido de polietileno.

Ventajas:

  • Elevada potencia específica.
  • Elevada energía específica.
  • Proporcionan una buena seguridad.
  • Buena adaptación al vehículo gracias al pequeño tamaño de las celdas.

Desventajas:

  • Como principal desventaja destaca que este tipo de baterías tienen que funcionar en un rango de temperaturas que va desde 60ºC hasta 120 ºC.

Baterías de Aluminio – Aire:

Las baterías metal – aire, son muy interesantes en cuanto al concepto de recarga de las mismas. En este tipo de baterías basta con sustituir un electrodo gastado por otro nuevo, proceso que puede durar unos 5 – 10 minutos, tiempo necesario para repostar cualquier vehículo de combustión. Ademas, otra gran ventaja es que el metal del electrodo retirado se puede reutilizar de nuevo tras procesarlo en una planta especializada para ello. Sin embargo, este tipo de baterías también presenta grandes desventajas como se verá a continuación.

Ventajas:

  • Alta energía específica, 225 Wh/Kg.
  • Elevada velocidad de recarga (sustitución del electrodo).
  • Temperatura ambiente de funcionamiento.

Desventajas:

  • Potencia específica muy baja, del orden de 10 W/Kg.
  • Autodescarga muy elevada.
  • Necesidad de sustituir el electrolito al contaminarse de hidróxido de aluminio.

Baterías de Zinc – Aire:

Las baterías de zinc – aire son muy similares a las de aluminio – aire, solo que esta vez el electrodo está fabricado con Zinc.

Ventajas:

  • Elevada energía específica, 230 Wh/Kg.
  • Mayor potencia específica que las baterías de aluminio – aire, 105 W/Kg.
  • Facilidad de carga.
  • Reciclabilidad sin límite.
  • Mayor duración que las baterías de plomo – ácido.

Desventajas:

  • Elevada autodescarga.
  • Desconocimiento del impacto ambiental que podría causar el uso masivo de zinc.

Baterías de Sodio – Metal Cloruro:

Las baterías de sodio – metal cloruro, también conocidas como baterías ZEBRA, son uno de los tipos de baterías que más prometen para su uso en vehículos eléctricos e híbridos. En estas, el electrodo positivo es de cloruro de níquel y el electrodo negativo es de sodio.

Ventajas:

  • Alta energía específica, 90 – 120 Wh/Kg.
  • Elevada potencia específica, 130 – 160 W/Kg.
  • Buen rendimiento, de un 80 %.

Desventajas:

  • Temperatura de funcionamiento elevada, entre 300 y 350 ºC.
  • Elevada autodescarga.

A parte de estos tipos, existen otras baterías menos extendidas debido a sus características inferiores como las baterías de Níquel – Hierro, las baterías de Níquel – Zinc, baterías de Sodio – Azufre, etc.

Hoy día, todo apunta a que las baterías más utilizadas en el futuro van a ser las de Litio – Ión aunque es cierto que se invierte mucho en investigar baterías más eficientes, con mayor autonomía y con tiempos de recarga más bajos, por lo tanto, cabe la posibilidad de que las baterías que veamos instaladas en los vehículos eléctricos dentro de unos años puedan ser de otro tipo.

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