Bateries orgàniques per a cotxes elèctrics? Sí, de grafè!

Ha arribat un punt d’inflexió en què la gran majoria de marques automobilístiques estan enfocades en apostar per la mobilitat elèctrica com a part d’una nova era on tots formem part del canvi.

Aquest fet probablement ha sigut accelerat, en part, pels estrictes objectius d’emissions i la ferma voluntat d’Europa d’assolir la neutralitat climàtica en gasos d’efecte hivernacle pel 2050.

Sigui quin sigui el motiu, la realitat és que dia rere dia escoltem noticies noves en relació a la indústria del cotxe elèctric. I tot i que el rendiment dels motors elèctrics hagi sigut sempre molt elevat (al voltant d’un 95% enfront del 30 o 35% dels motors de combustió), el sector de la mobilitat elèctrica encara té camí per recórrer.

I tant és així que les marques no només s’estan afanyant en treure nous models elèctrics al mercat, sinó que es troben en processos d’investigació de noves tecnologies més eficients i amb menor impacte ambiental respecte les actuals bateries de ions de liti (utilitzades no només en vehicles elèctrics sinó en tot tipus de dispositius electrònics), com les bateries d’estat sòlid i les bateries orgàniques de grafè.

Així doncs, què són les bateries orgàniques de grafè?

Partim de la base que el grafè es caracteritza per ser una substància fina, transparent i molt flexible que es compon de carboni pur, amb àtoms semblants al grafit (una de les formes en què podem trobar el carboni a la natura).

Proporciona 200 vegades més resistència que l’acer i és un element abundant al planeta. Malgrat estar fet del mateix material que el grafit dels llapis, és considerat un material bidimensional i un superconductor d’electricitat (inclús millor que el coure).

Un altre avantatge del grafè és que amb prou feines presenta resistència interna, cosa que sí presenten la majoria de materials utilitzats actualment per a conduir l’electricitat. I, per contrarestar aquest efecte, avui dia s’han d’utilitzar majors volums d’aquests materials (com ara cables de coure més gruixuts per a facilitar un major amperatge d’electricitat), a més d’haver d’utilitzar dissipadors per tal d’evitar sobreescalfaments, ja que la resistència produeix calor i altes temperatures.

Doncs bé, el grafè també vindria a ser la solució a aquesta problemàtica, ja que, al no tenir pràcticament resistència interna, permet evitar l’ús de dissipadors sense arribar a altes temperatures ni generar cap perill.  

Quins beneficis aportaran les bateries orgàniques de grafè?

Andreas Hintennach, cap d’investigació de cel·les de bateries del Grup Daimler, afirma que aquestes bateries recorren a “una química orgànica basada en el grafè, sense elements estranys, cars o rars, sense metalls, totalment reciclable. Tenen una gran densitat d’energia i ofereix grans possibilitats de càrrega ràpida”.

Així doncs, parlem de bateries que aportaran múltiples avantatges respecte les actuals de ions de liti, tals com:

• Menors dimensions, major densitat energètica i major autonomia

El grafè en sí és una capa de carboni que es compon d’un únic àtom de gruix i, al tractar-se d’una substància tan fina i lleugera, permet que la mida de les seves bateries sigui molt més reduïda.

Poden ocupar entre un 20 i un 50% menys d’espai que les bateries actuals, i això significa que, a menor mida, menor pes. Al seu torn, això es tradueix en majors autonomies, ja que ofereixen un major rendiment al presentar una densitat energètica tres vegades major que les bateries de ions de liti.

Això significa que desaprofiten molt poca energia durant el seu funcionament i es tradueix en autonomies equivalents als actuals motors de combustió: des dels 600 fins als 1.000 km amb una sola càrrega, el que correspon en milles des de les 372 fins a les 600.

• Menor cost

Gràcies al fet que la seva producció no depèn de matèries primes cares i escasses a la natura com el liti, el cobalt i el coure, les bateries orgàniques de grafè tindran costos de producció molt més baixos que les actuals bateries de ions de liti.

• Càrregues ràpides

Lo bo i millor d’aquest tipus de bateries és que els seus cicles de càrrega són més curts. De fet, s’estima que un cicle de càrrega pot arribar a ser fins a 100 vegades més ràpid, cosa que permet menors temps de recàrrega; d’entre 8 i 15 minuts.

I això no és tot! Aquesta tecnologia tindria el gran avantatge d’oferir recàrregues per inducció, és a dir, sense necessitat de cables!

• Més seguretat

Un dels altres avantatges que presenten les bateries de grafè és l’òptima gestió de les temperatures. Gràcies al fet que el grafè pràcticament no presenta resistència interna, permet evitar les altes temperatures que sí poden assolir les actuals de ions de liti.

No obstant, val la pena recordar que el risc d’incendi és quatre vegades major en un gasolina o dièsel que en un elèctric. Així doncs, la tecnologia de grafè permetria incrementar encara més la seguretat proporcionada als conductors de cotxe elèctric.

• Vida útil més llarga

Com ja sabem, les actuals bateries de ions de liti tenen una vida útil limitada d’entre uns 8 i 10 anys, cosa que equival a uns 3.000 cicles de càrrega complets.

Les bateries orgàniques de grafè prometen superar amb escreix aquesta vida útil, ja que es calcula que podrien arribar a oferir el doble de cicles de càrrega.

De fet, es calcula que després d’haver recorregut 300.000 km amb un cotxe amb bateria orgànica de grafè, aquesta bateria només perdria entre uns 20 i 30 km d’autonomia.

• Composició orgànica i sostenible

Gràcies al grafè, que és 100% reciclable mitjançant el compostatge, aquestes bateries permetrien no emetre ni un gram de CO2 a l’atmosfera i que els seus processos de fabricació fossin totalment neutres en carboni.

A més, les bateries orgàniques de grafè podrien marcar un important abans i després en l’estandardització tant de la fabricació com del reciclatge de les bateries.  

Quan aterraran al mercat cotxes elèctrics amb bateries orgàniques de grafè?

Tot això sona molt bé, oi...? Però parlem d’un mite o d’una tecnologia revolucionària per a la mobilitat elèctrica realment escalable?

Doncs bé, com qualsevol altra tecnologia, abans d’entrar a la fase final de producció en massa, requereix de les seves fases d’investigació, desenvolupament i implementació, que es tradueixen en mesos i mesos de feina i inclús anys. Però quan marques com Mercedes presenten un concepte de berlina basat en bateries de grafè, és que alguna cosa es cou!

La marca alemanya va presentar l’atrevit prototip Vision AVTR (sigles que corresponen a Advanced Vehicle Transformation) a la fira tecnològica CES 2020 de Las Vegas. A banda de ser una berlina futurista inspirada en el món de Pandora de la pel·lícula Avatar, és capaç d’aconseguir una interacció màgica entre l’home, el vehicle i la naturalesa.

Però el seu autèntic potencial es troba en la seva bateria de grafè, que prescindeix de metalls rars i materials tòxics pel medi ambient.

Els seus avantatges? Múltiples:

• Capacitat de 110 kWh i autonomia de 700 km
• Càrrega completa per inducció en menys de 15 minuts
• Quatre propulsors elèctrics amb una potència combinada de 350 kW (475 CV)
• Impacte zero al medi ambient des de l’inici fins al fi de tots els seus elements i en tot el seu procés productiu

No deixa de ser un “concept car” que, no obstant, deixa entreveure possibilitats aclaparadores i increïblement possibles i escalables per a la mobilitat elèctrica.

Això sí, Andreas Hintennach, investigador de bateries de la firma alemanya, va declarar que “és una tecnologia prometedora que ja funciona al laboratori, però la seva aplicació pràctica no es contempla abans de 20 anys”. Per tant, l’horitzó marca el 2039 com a possible data on les bateries orgàniques de grafè aterrin al mercat.

Quines empreses es troben en vies d’investigació i desenvolupament de bateries orgàniques de grafè?

Malgrat que el cotxe elèctric en sí no contamina durant la seva vida útil, el cert és que els actuals processos de fabricació de les seves bateries no són precisament lo més ecològics (a causa principalment de l’extracció i el tractament del liti i el cobalt).

Així doncs, l’autèntic repte ecològic del vehicle elèctric és que, des de l’inici de la seva fabricació fins al final de la seva vida útil —incloent-hi tots els elements que el componen—, sigui totalment zero emissions i 100% sostenible.

D’aquí sorgeixen alternatives tecnològiques com l’hidrogen, les bateries d’estat sòlid, les bateries de ions de liti millorades amb grafè i les bateries 100% orgàniques de grafè.

El que està clar és que no hi haurà una única tecnologia post ió-liti, però vegem quines empreses estan desenvolupant productes en relació a les bateries orgàniques de grafè:

• Grup GAC

El grup xinès ha presentat, al GAC Tech Day 2020, una tecnologia 3D amb la qual porten treballant des del 2014 i mitjançant la qual han creat la seva primera bateria de grafè, capaç de recuperar 300 km en tan sols vuit minuts.

• SuperBattery

Skeleton Technologies —especialista en sistemes d’emmagatzemat d’energia situat a Estònia—, en col·laboració amb l’Institut de Tecnologia Karlsrune d’Alemanya, han patentat una bateria de grafè capaç de:

• Recarregar-se per complet en només 15 segons
• Oferir una vida útil de milers i milers de cicles de recàrrega

La SuperBattery està formada per carboni de grafè corb (tecnologia Curved Graphene recolzada per EIT InnoEnergy) que permet aplicar una alta potència als ultracapacitadors (també coneguts com a supercondensadors), així com dotar-los d’una vida útil molt llarga. Aquests ultracapacitadors ja resulten un complement idoni per a millorar les capacitats de les actuals bateries de ions de liti.

La SuperBattery seria aplicable tant per cotxes híbrids i elèctrics com per cotxes de pila de combustible d’hidrogen.

• Samsung

Samsung va anunciar el 2017 que es trobava en fases d’investigació de bateries amb grafè per a potenciar que les actuals de ions de liti duressin més i es carreguessin més ràpid.

L’Institut Avançat de Tecnologia de Samsung (SAIT) va declarar amb èxit el desenvolupament de “boles de grafè” que augmentarien tant la capacitat de les actuals bateries en un 45% com la velocitat de càrrega en cinc vegades.

Veurem quan treuen al mercat el seu primer smartphone fet a base de grafè!

• Graphenano

Graphenano és una empresa espanyola de Yecla (Múrcia) que presumeix de ser líder mundial en la fabricació de grafè. Juntament al seu soci xinès “Chint” va presentar el 2016 unes bateries amb polímer de grafè que permetrien autonomies de 800 km i càrregues de tan sols 5 minuts, a més d’ocupar entre un 20 i un 30% menys que les actuals bateries de ions de liti.

No obstant, la història d’aquesta empresa és quelcom controvertida, ja que en aquell mateix any un antic soci de Graphenano va presentar una querella que acusava d’estafa als querellats, els quals presumptament haurien causat un perjudici d’uns 18 milions d’euros als afectats. També els persegueixen històries fosques en relació a certificats enganyosos, però la mateixa empresa va voler fer un comunicat oficial per desmentir falses acusacions.