¿Baterías orgánicas para coches eléctricos? ¡Sí, de grafeno!

Ha llegado un punto de inflexión en que la gran mayoría de marcas automovilísticas están enfocadas en apostar por la movilidad eléctrica como parte de una nueva era donde todos formemos parte del cambio.

Este hecho probablemente ha sido acelerado, en parte, por los estrictos objetivos de emisiones y la firme voluntad de Europa de lograr la neutralidad climática en gases de efecto invernadero para 2050.

Sea cual sea el motivo, la realidad es que día tras día oímos noticias nuevas en relación a la industria del coche eléctrico. Y aunque el rendimiento de los motores eléctricos haya sido siempre muy elevado (alrededor de un 95% frente al 30 o 35% de los motores de combustión), el sector de la movilidad eléctrica aún tiene camino por recorrer.

Y tanto es así que las marcas no sólo se están apresurando en sacar nuevos modelos eléctricos al mercado, sino que se encuentran en procesos de investigación de nuevas tecnologías más eficientes y con menor impacto ambiental respecto las actuales baterías de iones de litio (utilizadas no sólo en vehículos eléctricos sino en todo tipo de dispositivos electrónicos), como las baterías de estado sólido y las baterías orgánicas de grafeno.

Así pues, ¿qué son las baterías orgánicas de grafeno?

Partimos de la base que el grafeno se caracteriza por ser una sustancia fina, transparente y muy flexible compuesta de carbono puro, con átomos parecidos al grafito (una de las formas en las que podemos encontrar el carbono en la naturaleza).

Proporciona 200 veces más resistencia que el acero y es un elemento abundante en el planeta. A pesar de estar hecho del mismo material que el grafito de los lápices, es considerado un material bidimensional y un superconductor de electricidad (incluso mejor que el cobre).

Otra gran ventaja del grafeno es que apenas presenta resistencia interna, cosa que sí presentan la mayoría de materiales utilizados actualmente para conducir la electricidad. Y, para contrarrestar este efecto, hoy en día se deben utilizar mayores volúmenes de dichos materiales (como cables de cobre más gruesos para facilitar un mayor amperaje de electricidad), además de tener que utilizar disipadores para evitar sobrecalentamientos, puesto que la resistencia produce calor y altas temperaturas.

Pues bien, el grafeno también vendría a ser la solución a esta problemática, ya que, al no tener prácticamente resistencia interna, permite evitar el uso de disipadores sin alcanzar altas temperaturas ni generar ningún peligro.  

¿Qué beneficios aportarán las baterías orgánicas de grafeno?

Andreas Hintennach, jefe de investigación de celdas de baterías del Grupo Daimler, afirma que estas baterías recurren a "una química orgánica basada en el grafeno, sin elementos extraños, caros o raros, sin metales, totalmente reciclable. Tienen una gran densidad de energía y ofrece grandes posibilidades de carga rápida".

Así pues, hablamos de baterías que aportarán múltiples ventajas respecto las actuales de iones de litio, tales como:

• Menor tamaño, mayor densidad energética y mayor autonomía

El grafeno en sí es una capa de carbono compuesta por un único átomo de grosor y, al tratarse de una sustancia tan fina y ligera, permite que el tamaño de sus baterías sea mucho más reducido.

Pueden ocupar entre un 20% y un 50% menos de espacio que las baterías actuales, y eso significa que, a menor tamaño, menor peso. A su vez, esto se traduce en mayores autonomías, ya que ofrecen un mayor rendimiento al presentar una densidad energética tres veces mayor que las baterías de iones de litio.

Eso significa que desperdician muy poca energía durante su funcionamiento y se traduce en autonomías equivalentes a los actuales motores de combustión: desde los 600 hasta los 1.000 km con una sola carga, lo que corresponde en millas desde las 372 hasta las 600.

• Menor coste

Gracias al hecho de que su producción no depende de materias primas caras y escasas en la naturaleza como el litio, el cobalto y el cobre, las baterías orgánicas de grafeno tendrán costes de producción mucho más bajos que las actuales baterías de iones de litio.

• Cargas rápidas

Lo bueno y mejor de este tipo de baterías es que sus ciclos de carga son más cortos. De hecho, se estima que un ciclo de carga puede llegar a ser hasta 100 veces más rápido, lo que permite menores tiempos de recarga; de entre 8 y 15 minutos.

¡Y esto no es todo! Esta tecnología tendría la gran ventaja de ofrecer recargas por inducción, es decir, ¡sin necesidad de cables!

• Más seguridad

Una de las otras ventajas que presentan las baterías de grafeno es la óptima gestión de las temperaturas. Gracias al hecho que el grafeno prácticamente no presenta resistencia interna, permite evitar las altas temperaturas que sí pueden alcanzar las actuales de iones de litio.

Sin embargo, vale la pena recordar que el riesgo de incendio es cuatro veces mayor en un gasolina o diésel que en un eléctrico. Así pues, la tecnología de grafeno permitiría incrementar aún más la seguridad proporcionada a los conductores de coche eléctrico.

• Vida útil más larga

Como ya sabemos, las actuales baterías de iones de litio tienen una vida útil limitada de entre unos 8 y 10 años, lo que equivale a unos 3.000 ciclos de carga completos.

Las baterías orgánicas de grafeno prometen superar con creces esta vida útil, ya que se calcula que podrían llegar a ofrecer el doble de ciclos de carga.

De hecho, se calcula que después de haber recorrido 300.000km con un coche con batería orgánica de grafeno, dicha batería sólo perdería entre unos 20 y 30 km de autonomía.

• Composición orgánica y sostenible

Gracias al grafeno, que es 100% reciclable mediante el compostaje, estas baterías permitirían no emitir ni un gramo de CO2 en la atmosfera y que sus procesos de fabricación fueran totalmente neutros en carbono.

Además, las baterías orgánicas de grafeno podrían marcar un importante antes y después en la estandarización tanto de la fabricación como del reciclaje de las mismas.

¿Cuándo aterrizarán al mercado coches eléctricos con baterías orgánicas de grafeno?

Todo esto suena muy bien, ¿verdad…? ¿Pero hablamos de un mito o de una tecnología revolucionaria para la movilidad eléctrica realmente escalable?

Pues bien, como cualquier otra tecnología, antes de entrar en la fase final de producción en masa, requiere de sus fases de investigación, desarrollo e implementación, que se traducen en meses y meses de trabajo e incluso años. Pero cuando marcas como Mercedes presentan un concepto de berlina basado en baterías de grafeno, ¡es que algo se cuece!

La marca alemana presentó el atrevido prototipo Vision AVTR (siglas que corresponden a Advanced Vehicle Transformation) en la feria tecnológica CES 2020 de Las Vegas. Aparte de ser una berlina futurista inspirada en el mundo de Pandora de la película Avatar, es capaz de lograr una interacción mágica entre el hombre, el vehículo y la naturaleza.

Pero su verdadero potencial se encuentra en su batería de grafeno, que prescinde de metales raros y materiales tóxicos para el medio ambiente.

¿Sus ventajas? Múltiples:

• Capacidad de 110 kWh y autonomía de 700 km
• Carga completa por inducción en menos de 15 minutos
• Cuatro propulsores eléctricos con una potencia combinada de 350 kW (475 CV)
• Impacto cero en el medio ambiente desde el inicio hasta el fin de todos sus elementos y en todo su proceso productivo

No deja de ser un “concept car” pero que, sin embargo, deja entrever posibilidades abrumadoras e increíblemente posibles y escalables para la movilidad eléctrica.

Eso sí, Andreas Hintennach, investigador de baterías de la firma alemana, declaró que “es una tecnología prometedora que ya funciona en el laboratorio, pero su aplicación práctica no se contempla antes de 20 años”. Por lo tanto, el horizonte marca el 2039 como posible fecha donde las baterías orgánicas de grafeno aterricen al mercado.  

¿Qué empresas están en vías de investigación y desarrollo de baterías orgánicas de grafeno?

A pesar de que el coche eléctrico en sí no contamina durante su vida útil, lo cierto es que los actuales procesos de fabricación de sus baterías no son precisamente lo más ecológicos (debido principalmente a la extracción y tratamiento del litio y el cobalto).

Así pues, el verdadero reto ecológico del vehículo eléctrico es que, desde el inicio de su fabricación hasta el fin de su vida útil —incluyendo todos los elementos que lo componen—, sea totalmente cero emisiones y 100% sostenible.

De aquí surgen alternativas tecnológicas como el hidrógeno, las baterías de estado sólido, las baterías de iones de litio mejoradas con grafeno y las baterías 100% orgánicas de grafeno que atañen a este artículo.

Lo que está claro es que no habrá sólo una tecnología post ion-litio, pero veamos qué empresas están desarrollando productos en relación a las baterías orgánicas de grafeno:

• Grupo GAC

El grupo chino ha presentado, en el GAC Tech Day 2020, una tecnología 3D con la que llevan trabajando desde 2014 y mediante la cual han creado su primera batería de grafeno, capaz de recuperar 300 km en tan sólo ocho minutos.

• SuperBattery

Skeleton Technologies —especialista en sistemas de almacenamiento de energía situado en Estonia—, en colaboración con el Instituto de Tecnología Karlsrune de Alemania, han patentado una batería de grafeno capaz de:

• Recargarse por completo en apenas 15 segundos
• Ofrecer una vida útil de miles y miles de ciclos de carga

La SuperBattery está formada por carbono de grafeno curvo (tecnología Curved Graphene respaldada por EIT InnoEnergy) que permite aplicar una alta potencia a los ultracapacitadores (también llamados supercondensadores), así como dotarles de una vida útil muy larga. Dichos ultracapacitadores ya resultan un complemento idóneo para mejorar las capacidades de las actuales baterías de iones de litio.

La SuperBattery sería aplicable tanto a coches híbridos y eléctricos como a coches de pila de combustible de hidrógeno.

• Samsung

Samsung anunció en 2017 que se encontraba en fases de investigación de baterías con grafeno para potenciar que las actuales de iones de litio duraran más y se cargaran más rápido.

El Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT) declaró con éxito el desarrollo de “bolas de grafeno” que aumentarían tanto la capacidad de sus actuales baterías en un 45% como la velocidad de carga en cinco veces.

¡Veremos cuándo sacan al mercado su primer Smartphone hecho a base de grafeno!

• Graphenano

Graphenano es una empresa española de Yecla (Murcia) que presume de ser líder mundial en la fabricación de grafeno. Junto a su socio chino “Chint” presentó en 2016 unas baterías con polímero de grafeno que permitirían autonomías de 800 km y cargas de tan sólo 5 minutos, además de ocupar entre un 20% y un 30% menos que las actuales baterías de iones de litio.

Sin embargo, la historia de esta empresa es algo controvertida, ya que en ese mismo año un antiguo socio de Graphenano presentó una querella que acusaba de estafa a los querellados, quienes presuntamente habrían causado un perjuicio de unos 18 millones de euros a los afectados. También les persiguen historias oscuras en relación a certificados engañosos, pero la misma empresa quiso hacer un comunicado oficial para desmentir falsas acusaciones.