J. Robredo
La nueva tecnología que viene
Las clásicas baterías de bajo voltaje para arranque y servicios auxiliares también evolucionan en búsqueda de mayor rendimiento y duración, así como en reducir su coste, no precisamente elevado hoy por hoy, donde las nuevos desarrollos de baterías de iones de sodio apuntan a ser el relevo generacional, tras el acuerdo alcanzado entre las especialistas Clarios (Varta) y Altris.
Dado que todos los vehículos, incluidos híbridos y eléctricos, necesitan una fuente de energía de baja tensión para alimentar sus sistemas y funciones auxiliares, conforme prosigue su evolución la red de baja tensión aumenta sus funciones basadas en “software”, como la dirección y el freno por cable, funciones autónomas y experiencias mejoradas en el interior.
Esta evolución lleva a los fabricantes de automóviles a explorar soluciones multi-batería que incluyen baterías de ion-litio, de plomo-ácido AGM (con separador de fibra de vidrio absorbente) y otras fórmulas químicas para producir y acumular energía eléctrica. Mientras que las baterías de plomo-ácido representan el mejor ejemplo mundial de reciclaje, las basadas en litio continúan mejorando, y de ahí que el enfoque químico neutro y circular del grupo Clarios (Varta) le haya llevado a apostar por las baterías de ion-sodio (Na-ion).
Funcionamiento de las baterías de sodio
Ante todo hay que decir que estas baterías recargables de ion-sodio utilizan iones de sodio (Na+) como conductores de electricidad mediante el mismo principio que las de ion-litio (y similares células) pero reemplazando el litio por sodio, un elemento barato, abundante y de menor huella ambiental. Ya en los años 70 y 80 del pasado siglo hubo intentos de desarrollarlas, pero el auge de las baterías de ion-litio (sobre todo en ordenadores y telefonía móvil) relegó su estudio, hasta que a partir de 2010 el encarecimiento de las materias primas de las baterías de ion-litio lo impulsó de nuevo, impulso reforzado a partir de 2020, tanto por el incesante aumento de precio del litio, sin olvidar su desigual distribución geográfica y su impacto medioambiental (provocado además del litio por el cobalto, níquel, cobre, etc, que no son necesarios en la mayoría de las baterías de ion-sodio).
En contrapartida, las baterías de ion-sodio deben mejorar un poco más su densidad energética (todavía demasiado baja) y la duración de sus ciclos de carga y descarga (aunque ya están al nivel de las de plomo en este aspecto) pero con un alto rendimiento a temperaturas extremas. Su funcionamiento es muy simple; los iones de sodio parten de un cátodo que contiene sodio hacia un ánodo (que no necesita contener sodio de forma obligada) a través de un electrolito líquido que contiene sales de sodio disueltas en disolventes polares próticos o apróticos. Durante la carga los iones de sodio se desplazan del cátodo al ánodo, mientras que los electrones viajan por el circuito externo. Y durante la entrega de corriente, se efectúa el proceso a la inversa.
Por ello, el grupo Clarios (Varta), líder norteamericano en soluciones avanzadas de baterías de baja tensión, y la pionera sueca Altris en tecnología de baterías de iones de sodio, han anunciado la creación de forma simultánea en Las Vegas y Upsala de su asociación para desarrollar la producción sostenible de baterías de iones de sodio de baja tensión para la industria del automóvil.
La sostenibilidad y el reciclaje de esta producción está garantizada dados los elementos que la componen (sal, madera, hierro y aire), abundantes y sin minerales conflictivos ni elementos tóxicos. El programa de colaboración conjunta Clarios/Altris propone el desarrollo de una batería de iones de sodio de hasta 60 voltios para aplicaciones de automoción tanto en equipo original como en el recambio, pudiendo complementar una configuración multibatería de bajo voltaje. Altris, especialista en material catódico de iones de sodio y celdas de baterías, se centrará en el desarrollo de celdas de Na-ion adaptadas a las necesidades del mercado de baterías de automoción de baja tensión.
El objetivo a medio plazo es alcanzar un plan de producción detallado para baterías de baja tensión que utilicen celdas de ion-sodio. Ambas empresas creen que la producción en serie de baterías Na-ion es un gran avance en la tecnología de baterías de automoción y un paso importante en los objetivos de reciclaje de la industria automovilística.
Stellantis se posiciona
Pero no es solo Clarios quien ha adelantado este interés por las baterías de ion-sodio. El grupo Stellantis (ya saben, la fusión de PSA + FCA) ha anunciado en Amsterdam su reciente acuerdo con la francesa Tiamat igualmente para la producción de baterías de iones de sodio para el mercado automovilístico.
La elección de Stellantis por Tiamat no ha sido sorpresa; al fin y al cabo fue una de las once “start-ups” premiadas en los Stellantis Venture Awards 2023, siendo ya la primera compañía del mundo que comercializa una tecnología de iones de sodio en un producto electrificado.
En resumen, si hasta 2022 las baterías de iones de sodio apenas tenían relevancia comercial, la situación puede cambiar muy deprisa. Por ejemplo la china CATL, uno de los mayores fabricantes de baterías del mundo, ha empezado en 2023 la producción en serie de baterías de ion-sodio. Sin olvidar tampoco que también en 2023, el fabricante germano de acumuladores Pylontech obtuvo el primer certificado de batería de iones de sodio por la TÜV Rheinland. En estos momentos, hay media docena de firmas trabajando en esta tecnología, además de las ya citadas Clarios (Varta), Altris y Tiamat.
También China se ha puesto a la vanguardia de esta tecnología, a través de dos empresas punteras como HiNA Battery Technology, nacida bajo el auspicio de la Academia de Ciencias china, y CATL, quien en su batería de primera generación afirmaba haber alcanzado una densidad de energía de 160 Wh/kg, y que desde 2023 cuenta ya con una factoría para fabricar un paquete híbrido de baterías (con iones de sodio e iones de litio). Por su parte HiNA utiliza cátodos de óxido de sodio, hierro, manganeso y cobre junto a ánodos de carbono (antracita), y el pasado año se asoció con JAC como primera empresa en montar una batería de ion-sodio en un coche eléctrico (el Sehol E10X). HiNA produce celdas de iones de sodio cilíndricas y cuadradas, con una densidad energética de 140 a 155 Wh/kg.
En definitiva, todo apunta a que las baterías de iones de sodio van poco a poco a convertirse en la nueva tecnología dominante para las baterías de automoción de baja tensión, o sea para las baterías normales a 12 y 24 voltios (y quizá también para las de 48 voltios de los vehículos microhíbridos), aunque todavía estén en una fase preliminar de desarrollo. Pero la carrera ya ha empezado y puede que en menos de una década la sal sustituya al plomo como la materia prima principal de las baterías auxiliares de toda la vida.
