Cuando se trata del automóvil eléctrico, la duración de la batería es sin duda el tema más comentado, después del alcance, por supuesto. Hay que decir que esta pieza no solo es imprescindible, sino que también es objeto de todas las fantasías.
Si este artículo no pretende dar una respuesta cuantificada e indiscutible, sí proporciona algunos elementos iniciales para estimar la vida útil teórica y real de las baterías. Estos son elementos fundamentales para desmitificar los vehículos eléctricos y adoptar un buen comportamiento de uso.
¿Cómo funciona la batería de un coche eléctrico?
Todo el mundo habla de baterías de coches eléctricos. A veces son contaminantes, otras veces no lo suficientemente potentes. Más allá de estas consideraciones, es sobre todo necesario comprender su funcionamiento para poder aprehender su tiempo de vida. Lo probamos, tratando de ser lo más pedagogos posible.»Lea también» ¿Son los vehículos eléctricos realmente más contaminantes que los de gasolina?
En el corazón de la batería de iones de litio
Antes de analizar la vida útil de la batería de un automóvil eléctrico, el primer paso es comprender cómo funciona. Después de confiar en las tecnologías de níquel cadmio (NiCd) y níquel e hidruro metálico (Ni-MH), los vehículos eléctricos ahora llevan, en su mayor parte, una batería de iones de litio. Comercializado desde la década de 1990, se basa en un funcionamiento similar al de la batería de plomo-ácido, tecnología fundamental de los vehículos de combustión.¿Su principio? Haga circular electrones para crear una diferencia de potencial entre dos electrodos: uno positivo (el cátodo) y un negativo (el ánodo), el primero generalmente compuesto de un óxido metálico, el segundo de grafito. Esta reacción es posible gracias a un líquido conductor, llamado electrolito y que asegura la transferencia de iones de litio (iones Li +), en el que se sumergen los electrodos. Cuando la batería está en funcionamiento, los iones Li + son repelidos del electrodo negativo con el que no tienen afinidad y son atraídos por el electrodo positivo: esta es la fase de descarga. Por el contrario, el ión Li + es liberado por el ánodo en la fase de recarga, antes de ser insertado en el cátodo.
Varias células que son importantes
Las baterías de iones de litio están formadas por varias celdas, cada una de las cuales reproduce la reacción descrita anteriormente para crear una diferencia de potencial. Están interconectados y encabezados por un circuito electrónico que coordina su producción de electricidad. El rendimiento de la batería dependerá principalmente del número de celdas a bordo, su tamaño y cómo se distribuyan. Estos tres elementos determinarán principalmente:- la capacidad de la batería, expresada en kWh en el automóvil, que corresponde a la cantidad de electricidad que puede almacenar;
- y su intensidad, expresada en amperios de símbolo A, que corresponde a la carga eléctrica que es posible entregar durante un segundo.
Alta densidad de energía, baja resistencia a ciclos completos.
Si las baterías de iones de litio se han convertido en el estándar en los coches eléctricos, al menos actualmente, es principalmente porque tienen una alta densidad energética. Esto significa que la relación entre la capacidad de almacenamiento y el peso (o tamaño) es muy alta, esencial para los sistemas a bordo. Esta energía específica es del orden de 300 a 500 Wh / kg en una batería de iones de litio, es decir, hasta 10 veces más que en una batería de plomo-ácido (1). En otras palabras, la batería será más liviana o menos voluminosa para una capacidad equivalente. Además de no requerir mantenimiento, esta tecnología tiene la ventaja de tener una baja autodescarga, es decir, una reducción gradual del nivel de carga cuando el vehículo no se utiliza.Por último, cabe destacar que las baterías de iones de litio también se distinguen por un efecto memoria limitado, lo que permite recargarlas, mientras la descarga no es completa, sin dañarlas.Sin embargo, las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos no están exentas de culpa. Además de ser relativamente costosos de fabricar, principalmente debido a la escasez de litio, no resisten los ciclos completos de carga y descarga. En otras palabras, una descarga profunda, que corresponde a una capacidad total de menos del 5% aproximadamente, resultará destructiva y dañará irreparablemente su rendimiento. También deben tenerse en cuenta otros inconvenientes (sensibilidad a la temperatura, peligrosidad del electrolito, etc.), pero generalmente son compartidos por las otras tecnologías principales utilizadas en el mundo de la automoción.
¿Cuál es la vida útil de una batería de automóvil eléctrico?
Ahora que sabemos, a grandes rasgos, cómo funciona una batería de iones de litio, es el momento del tema que realmente nos interesa, su vida útil. Longevidad teórica, retroalimentación de la experiencia y factores de degradación: le proporcionamos las principales respuestas a la pregunta.1.000 a 1.500 ciclos: la vida útil teórica de una batería de coche eléctrico
En promedio, se estima que la vida útil de una batería de plomo-ácido es de 4 a 5 años. Pero, ¿qué pasa con la batería de iones de litio en un automóvil eléctrico? En primer lugar, debes saber que es difícil estimarlo en años -lo que, en menor medida, también se aplica a los vehículos térmicos- porque entran en juego muchos parámetros, por lo que es preferible Aborde la pregunta desde el ángulo del número de ciclos de descarga-recarga. Si bien estas cifras son discutibles y varían de un modelo a otro, se acepta que la vida útil de la batería de un automóvil eléctrico se encuentra actualmente entre 1000 y 1500 ciclos. Más allá de este umbral, los fabricantes consideran que la capacidad de almacenamiento es solo del 70% al 80% de lo que era en elorigen. Un porcentaje que ya no es suficiente, en la medida en que limita la autonomía del vehículo, y que luego requiere la sustitución de la batería.Sin embargo, surge otra pregunta: ¿cuántos años se necesitan para completar estos 1000 a 1500 ciclos? Según los fabricantes, la duración media rondaría los 10 años en condiciones de uso "clásicas". Para intentar responder por nosotros mismos, tomemos el ejemplo del nuevo Renault Zoé con una batería con una capacidad de 52 kWh, cuyo consumo teórico ronda los 17 kWh / 100 km y que no se recarga. que en un rango del 20 al 80% de la capacidad de la batería para limitar los ciclos completos de descarga-recarga (que son perjudiciales como ya hemos comentado). Tenga en cuenta también que Renault incluso recomienda tener ciclos de recarga-descarga de entre el 30 y el 80%, por lo que solo se permite utilizar la mitad de la capacidad de la batería.Volviendo a nuestro ejemplo, el automovilista utilizará por lo tanto 31,2 kWh (60% de 52 kWh) a diario, lo que le permite, teóricamente una vez más, recorrer unos 184 kilómetros por ciclo. Suponiendo que recorra 20.000 kilómetros por año, realizará aproximadamente 109 ciclos anuales para alcanzar este kilometraje. Si la vida útil es de 1250 ciclos, por ejemplo, la batería se puede utilizar durante más de 11 años antes de cruzar el umbral de obsolescencia (entre el 70 y el 80% de la capacidad original de la batería), es decir, cerca de 230.000 kilómetros. Una cifra que debería tranquilizar a los potenciales compradores, a pesar de las condiciones más estrictas para otorgar el bono ecológico desde 2020.lo que le permite - teóricamente una vez más - cubrir aproximadamente 184 kilómetros en cada ciclo. Suponiendo que recorra 20.000 kilómetros por año, realizará aproximadamente 109 ciclos anuales para alcanzar este kilometraje. Si la vida útil es de 1250 ciclos, por ejemplo, la batería podría usarse durante más de 11 años antes de cruzar el umbral de obsolescencia (entre el 70 y el 80% de la capacidad original de la batería), es decir, cerca de 230.000 kilómetros. Una cifra que debería tranquilizar a los potenciales compradores, a pesar de las más estrictas condiciones para otorgar el bono ecológico desde 2020.lo que le permite, teóricamente una vez más, cubrir aproximadamente 184 kilómetros en cada ciclo. Suponiendo que recorra 20.000 kilómetros por año, realizará aproximadamente 109 ciclos anuales para alcanzar este kilometraje. Si la vida útil es de 1250 ciclos, por ejemplo, la batería se puede utilizar durante más de 11 años antes de cruzar el umbral de obsolescencia (entre el 70 y el 80% de la capacidad original de la batería), es decir, cerca de 230.000 kilómetros. Una cifra que debería tranquilizar a los potenciales compradores, a pesar de las condiciones más estrictas para otorgar el bono ecológico desde 2020.realizará aproximadamente 109 ciclos anuales para lograr este kilometraje. Si la vida útil es de 1250 ciclos, por ejemplo, la batería se puede utilizar durante más de 11 años antes de cruzar el umbral de obsolescencia (entre el 70 y el 80% de la capacidad original de la batería), es decir, cerca de 230.000 kilómetros. Una cifra que debería tranquilizar a los potenciales compradores, a pesar de las condiciones más estrictas para otorgar el bono ecológico desde 2020.realizará aproximadamente 109 ciclos anuales para lograr este kilometraje. Si la vida útil es de 1250 ciclos, por ejemplo, la batería se puede utilizar durante más de 11 años antes de cruzar el umbral de obsolescencia (entre el 70 y el 80% de la capacidad original de la batería), es decir, cerca de 230.000 kilómetros. Una cifra que debería tranquilizar a los potenciales compradores, a pesar de las más estrictas condiciones para otorgar el bono ecológico desde 2020.asignación de bonificación ecológica más estricta desde 2020.asignación de bonificación ecológica más estricta desde 2020.
Recordémoslo una vez más: este cálculo no es absolutamente cierto. Solo tiende a dar una idea de la vida útil teórica de una batería de iones de litio, al mismo tiempo que le permite hacer los cálculos por su cuenta. Somos conscientes de que en la realidad no se pueden respetar muchos factores (kilometraje diario, porcentaje de recarga y descarga, etc.) y que determinados elementos repercutirán en el rendimiento de la batería (condiciones meteorológicas, estilo de conducción, velocidad media, etc.) etc.). Sin embargo, este ejercicio nos enseña una lección: la duración de la batería generalmente será más larga que la del automóvil eléctrico. Una observación que debería democratizarse rápidamente,en la medida en que los fabricantes esperan alcanzar rápidamente un número teórico de ciclos de alrededor de 2.000.
Una batería de iones de litio perdería el 2,3% de su capacidad cada año
Para esperar tener resultados más concretos en términos de duración de la batería, vayamos a Canadá. Aquí es donde se encuentra Geotab, empresa especializada en la gestión de flotas de automóviles. ¿Por qué nos interesa? Simplemente porque acaba de desarrollar una herramienta que analiza la degradación de las baterías de iones de litio, gracias a la información recopilada sobre más de 6.300 coches eléctricos pertenecientes a flotas, es decir, el equivalente a 1,8 millones de días de datos. . Se analizaron un total de 21 modelos separados de diferentes años, que van desde el Tesla Model S 2017 hasta el Kia Soul EV 2018 y el Renault Kangoo ZE 2014 (2).Gracias a esta herramienta, denominada Herramienta de comparación de degradación de la batería de vehículos eléctricos, es posible obtener información sobre el estado de la batería después de un cierto período de uso real, y ya no es teórico como antes. . Primera lección: en los diferentes vehículos analizados, la capacidad de la batería disminuye en promedio un 2,3% anual. Sin embargo, esta cifra debe tomarse con un grano de sal, ya que el período de análisis nunca ha superado los 5 años. Por lo tanto, nada nos dice que después de 7 a 8 años, por ejemplo, la capacidad de almacenamiento no disminuye drásticamente. Por otro lado, esto permite estimar que la capacidad de la batería aún gira en promedio alrededor del 90% después de 5 años.Tantos resultados que parecen confirmar que la vida útil de la batería de un coche eléctrico podría ser de 10 años en promedio, el período necesario para que la capacidad sea solo del 70 al 80% de lo que es. ella era inicialmente. Geotab también confirma que la mayoría de las baterías podrán sobrevivir a los vehículos que las transporten.
Sin embargo, sería demasiado fácil presentar esta cifra sin tener en cuenta todas las excepciones que señaló Geotab. Por ejemplo, 5 modelos destacan gracias a una degradación muy baja de la batería después de 2 años:
- el Kia Soul EV 2017 (la capacidad de la batería sigue siendo del 99,1% después de 2 años de uso);
- el Renault Kango ZE de 2014 (98,3%);
- el Volkswagen e-Golf 2017 (97,7%);
- y el Tesla Model X y Model S de 2017 (97,6% y 97,4% respectivamente).
Por otro lado, otros vehículos están lejos de ser ejemplares, como el BMW i3 2017 que pierde un 5,9% de capacidad de almacenamiento en tan solo un año. Sin embargo, a la versión 2018 le va mejor, con una caída de solo un 1,6% durante el mismo período (3). Una prueba más de que no todas las baterías parecen iguales en este ámbito.
Temperatura y ciclo de trabajo: dos factores importantes de degradación
Ahora tenemos dos elementos que nos permiten estimar mejor la vida útil de una batería de iones de litio: se puede usar de 1000 a 1500 ciclos y pierde una media del 2,3% de su capacidad cada año. Pero donde el zapato aprieta es que muchos factores afectarán estas dos cifras. Algunos, que ya sospechábamos, también han sido confirmados por Geotab a través de su estudio.- La temperatura de funcionamiento : al igual que con las baterías de plomo-ácido, el calor tenderá a reducir la capacidad de la batería de iones de litio, y esto de forma permanente. De ahí la importancia de no estacionar su vehículo a la luz solar directa. Además de validar esta observación, Geotab nos dice que las baterías que incorporan un sistema de regulación térmica eficiente exhiben una degradación más lenta. Por otro lado, el frío simplemente afectará la autonomía inmediata pero no afectará la vida útil de la batería.
- Carga y descarga: Como ya hemos comentado, los ciclos completos de carga y descarga aceleran considerablemente el desgaste de la batería de iones de litio. Además de recomendar no superar determinados umbrales (entre el 20 y el 80% como norma general), los fabricantes suelen mantener un cierto porcentaje no utilizable para evitar cargas extremas. Como ejemplo, el Tesla Model S tiene una batería de 102 kWh, cuya capacidad de uso está limitada a 98 kWh. También se recomienda evitar las cargas rápidas, como confirma Geotab, porque tienden a acelerar la degradación de la batería, al igual que las recargas inmediatas tras un uso intensivo del vehículo. Al elegir cómo cargar su automóvil eléctrico, es mejoropte por un enchufe doméstico reforzado.
- La antigüedad del vehículo : si la degradación de la capacidad puede ser lineal en determinados casos, generalmente sigue otro patrón. Muy a menudo, hay una caída inicial significativa, antes de que el ritmo se ralentice. Finalmente, al acercarse al final de su vida útil, se observa una disminución significativa adicional. Por otro lado, el uso intensivo del coche eléctrico no parece tener impacto en la duración de la batería. Según Geotab, la diferencia de degradación sería mínima entre un vehículo utilizado menos de 8.000 km al año y otro más de 20.000 km al año (4). Siempre que se respete, una vez más, un rango de recarga-descarga de entre el 20 y el 80% de media.
Es por eso que comprar un automóvil eléctrico usado sigue siendo tan incierto, ya que es imposible saber cómo el dueño anterior usó su vehículo. Afortunadamente, el SOH (State of Health) puede dar indicaciones sobre el estado de salud de la batería.
¿Qué futuro tiene la batería de un coche eléctrico?
Sin embargo, la vida útil de una batería de iones de litio no llega a su fin después de estos 1000 a 1500 ciclos de recarga y descarga. Si bien el reciclaje es un tema de debate, es sobre todo la reutilización lo que parece poder ofrecer a las baterías de iones de litio una segunda vida. Una segunda vida que deberían disfrutar, ya que rápidamente podrían ser empujados hacia la salida.Estas iniciativas que alargan la vida de las baterías
Una vez que su capacidad ya no es suficiente para las necesidades del automóvil eléctrico, la batería de iones de litio ahora tiene cada vez más una segunda vida. Si reciclar para reutilizar sus materiales es una posible solución, aún no está tan democratizado por su costo. Esta es la razón por la que los fabricantes están convirtiendo las baterías más en soluciones de almacenamiento de electricidad inicialmente, sobre el principio de la economía circular. En este ámbito, varias iniciativas, si no filantrópicas, merecen destacarse por su ingenio.- UEX236 : detrás de este nombre en clave se esconde un demostrador industrial gestionado por SNAM (Société Nouvelle d'Affinage des Métaux) que es capaz de diagnosticar el estado de las baterías para reutilizar las mejores para una segunda vida.
- Renault : el fabricante francés reutiliza determinados paquetes de células para almacenar energía renovable, en particular de turbinas eólicas y paneles fotovoltaicos. ¿La meta? Extiende la vida útil de la batería de 5 a 10 años más. También se están planeando otros usos, particularmente para el reemplazo de generadores o para compensar cortes de energía.
- xStorage Home : administrado por Nissan, este dispositivo también permite el almacenamiento de energía solar. Pero las baterías al final de su vida útil de la marca también se utilizan para almacenar electricidad durante las horas de menor actividad, antes de liberarla durante las horas pico.
A pesar de estas diversas iniciativas, la situación está lejos de ser color de rosa. Por qué ? Después de su segunda vida llega el momento del reciclaje. Sin embargo, la normativa actual solo exige reciclar el 50% del peso de la batería. El resto ? Se destruye, se quema o incluso se entierra. Esta situación es tanto más preocupante dado que, según Christel Bories, presidenta del Comité Estratégico para el sector minero metalúrgico, el tonelaje de baterías a reciclar en Europa debería multiplicarse por tres para 2027 (5).
¿Qué pasa si la batería de iones de litio ya está agotada?
Cuanto más tiempo pasa, más baja el precio de las baterías de iones de litio gracias al efecto escala. Al mismo tiempo, su capacidad continúa creciendo, y el Tesla Model S incluso reclama 100 kWh. Y, sin embargo, esta tecnología nunca pareció tan cerca del final. Hay que decir que están empezando a aparecer varias alternativas y que los fabricantes creen en ellas duras como el hierro, como BMW que ha invertido 200 millones de euros para abrir su nuevo centro dedicado a las baterías del grupo (6 ). Estas son tres tecnologías en particular que podrían encarnar el futuro.- La batería totalmente sólida : a diferencia de las baterías tradicionales, tanto de plomo-ácido como de iones de litio, el electrolito no es una solución líquida, sino una placa de vidrio o gel. Además de prescindir de metales caros, incluido el cobalto, esta tecnología ofrecería una densidad de energía mucho mejor y un rango de temperatura de funcionamiento multiplicado hasta 6 veces (de -20 a 100 ° C). Pero sobre todo, la batería totalmente sólida reduciría el peso y el precio de los vehículos eléctricos (porque es más barato de producir), al tiempo que aumentaría considerablemente la autonomía. Toyota y Volkswagen ya han anunciado que pretenden utilizar este tipo de batería para el 2025.
- La batería de iones de sodio : como su nombre indica, esta batería tiene como objetivo reemplazar el litio con sodio en los electrodos. ¿Su principal ventaja? Reducir el costo de producción hasta en un 30%, ya que el sodio es mucho más abundante en la Tierra. Por otro lado, la batería de iones de sodio no podrá ofrecer la misma densidad de energía. En otras palabras, tendrá que ser mucho más grande o más pesada que una batería de iones de litio para ofrecer la misma capacidad de almacenamiento. Es por ello que, con toda probabilidad, esta tecnología debería utilizarse más para aplicaciones estacionarias o almacenamiento de energía.
- La batería de litio-azufre : para esquematizar, dicha batería disuelve el litio al contacto con el electrodo negativo durante la descarga, transformándose el azufre en diferentes materiales. Su principal ventaja es que utiliza principios activos muy ligeros. Consecuencias ? La densidad de energía de una batería de litio-azufre es hasta 4 veces mayor que la de una batería de iones de litio. De esta manera, sería posible reducir considerablemente el volumen o el peso de la batería, aumentando al mismo tiempo su capacidad. Sin embargo, esta tecnología es la más incierta porque no es la más invertida por los fabricantes, en particular porque la tasa de degradación de su capacidad parece ser muy importante.
(1) Coche eléctrico: ¿cómo funciona la batería de iones de litio? - Easy Electric Life - 2019
(2) Geotab presenta la herramienta de degradación de la batería de vehículos eléctricos, que proporciona una evaluación y comparación de la duración de la batería de los vehículos eléctricos - Geotab - 2020
(3) Herramienta de comparación de degradación de la batería de vehículos eléctricos - Geotab - 2020
(4) ¿Qué pueden decir 6.000 vehículos eléctricos? nosotros sobre el estado de la batería de EV? - Geotab - 2019
(5) Vehículos eléctricos: 700.000 toneladas de baterías para reciclar en 2035 - Le Parisien - 2019
(6) En Munich, BMW prepara las baterías del futuro - Automóvil limpio - 2019
