El rendimiento de una batería, y por lo tanto la autonomía que pueda llegar a ofrecer, es un factor limitante para la adopción generalizada de los vehículos eléctricos por parte de los compradores. La ansiedad de autonomía continúa preocupando a quienes dudan si adquirir uno próximamente. Porsche, consciente de este hándicap, ha publicado su visión del mercado actual de las baterías, basándose en las aportaciones de sus ingenieros y expertos de instituciones externas.

Según Porsche, la realidad es que, actualmente, las baterías siguen siendo un compromiso entre varios factores. En el caso del fabricante alemán, cuyos modelos están destinados a la conducción deportiva, “el alto rendimiento de carga juega un papel importante”, asegura la doctora Stefanie Edelberg, ingeniera de Porsche Engineering. Cuando se agota la batería, el propietario de un vehículo eléctrico no debería tener que esperar una hora para recuperar la autonomía.

Dirk Uwe Sauer, profesor de tecnología de sistemas de almacenamiento y conversión de energía electroquímica en la Universidad RWTH Aachen asegura que la tecnología actual de las baterías “funciona bien en la práctica”, incluso en términos de rendimiento, velocidad de recarga y vida útil. Sin embargo, no existe la batería perfecta, y cuando se aumentan sus propiedades en un sentido, se reducen en otro. “No puedes tenerlo todo a la vez”. Así, por ejemplo, la carga ultrarrápida está reñida con la larga vida útil de las baterías y por lo tanto con la alta densidad energética, puesto que este tipo de recarga reduce la estabilidad de los materiales de los electrodos.

Sauer es escéptico respecto a las informaciones sobre supuestas baterías milagrosas, porque en ellas generalmente se optimiza un solo parámetro a expensas de sacrificar el resto. “No habrá una batería universal todoterreno”, asegura.

Fabricación de la batería del Porsche Taycan.

El futuro de las baterías de litio

Aunque se están desarrollando otras tecnologías de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos con una alta densidad energética, las celdas de iones de litio seguirán siendo la tecnología elegida en el corto-medio plazo. Su densidad de energía y potencia son aceptables, y a la vez son capaces de soportar alrededor de 2.000 ciclos de carga y de permitir una gran profundidad de descarga antes de perder su utilidad. Además estas cifras son susceptibles de mejora en el futuro. El consenso de los expertos, tanto los de Porsche como los de otros fabricantes, es que esta tecnología todavía tiene un gran potencial de desarrollo tanto en términos químicos como de diseño de las celdas.

Según los investigadores del Instituto Fraunhofer de Investigación de Sistemas e Innovación (ISI), en el caso de las celdas de batería de iones de litio de gran formato, que son las que usan habitualmente en los coches eléctricos, la densidad energética específica promedio ha pasado a 250 Wh/kg o 500 Wh/l. Esta cifra supone el doble de la que se obtenía hace 10 años. Para 2030, Porsche predice que la densidad de energía podría aumentar al doble, y, a la par, se mejorarán las propiedades de las celdas de las baterías de iones de litio.

Arquitectura de la batería del Porsche Taycan.

“Los mayores desafíos son la carga rápida y la seguridad”, añade Stefano Passerini, director del Grupo de Investigación de Electroquímica de Baterías del Instituto Helmholtz de Ulm. El objetivo es alcanzar una recarga “del 80% de la batería en 15 minutos, lo que haría que los vehículos eléctricos fueran mucho más atractivos”. Sin embargo, a mayor velocidad de carga, es decir, a mayor potencia de carga, los requisitos de seguridad aumentan considerablemente.

Los sistemas de recarga

El potencial de los vehículos eléctricos no está limitado únicamente por la tecnología intrínseca de la batería. También tienen una gran importancia los conectores, los cables de carga y la infraestructura, que deben diseñarse de acuerdo al alto consumo energético que demanda la carga ultrarrápida.

Las grandes intensidades eléctricas que requieren estos sistemas de recarga requieren un aumento en el grosor de los cables y un incremento en su peso. De ahí que muchos fabricantes estén optando por elevar la tensión de funcionamiento. Este es caso de Porsche que en el Taycan emplea un sistema de 800 voltios en lugar de los 400 V habituales en los automóviles eléctricos.

Sistema eléctrico a 800 voltios del Porsche Taycan.

La tasa C

Para medir los tiempos de carga de diferentes baterías de vehículos eléctricos se emplea la tasa C (C de ‘capacity’, capacidad en inglés). Se trata de una métrica útil para comparar cuanto tardan en cargarse baterías con diferentes capacidades. Indica la relación entre la intensidad de carga o descarga de una celda electroquímica en amperios (A) y la capacidad energética de la celda en amperios-hora (Ah).

Un valor de C de 1 significa que la recarga completa tarda una hora. Un C=2 representa media hora, y C=3, 20 minutos. El objetivo a largo plazo de Porsche es alcanzar una tasa de carga C de 10, lo que significa unos seis minutos para la recarga completa, que es similar a lo que se tarda en rellenar un tanque de gasolina. Este objetivo está todavía lejos de hacerse realidad. Sin embargo, a través del proyecto FastCharge, que involucra a empresas como Siemens, Phoenix Contact E-Mobility y a Porsche, junto a otros colaboradores, se ve como una meta alcanzable. Cabe señalar que existen baterías con una tasa C muy superior a 10, pero, a cambio, tienen una densidad de potencia muy baja, por lo que no son viables como baterías para vehículos eléctricos.

El consorcio FastCharge ya ha logrado progresar en su tarea. En un ‘vehículo laboratorio’ de Porsche con una capacidad de batería de alrededor de 90 kWh se logró alcanzar una potencia de carga de 400 kW, lo que significa tiempos de caga de menos de tres minutos para para los primeros 100 kilómetros de autonomía. Un proceso de carga completo, del 10 al 80 por ciento, en una estación de carga ultrarrápida, tan solo se demoró 15 minutos. Estos datos suponen una capacidad de carga C de alrededor de 4 o 5. En este caso “el factor decisivo fue un innovador sistema de refrigeración para la batería, el vehículo y el sistema de carga”, explica Edelberg.

Los dos coches eléctricos preparados para la demostración de la estación de carga de FastCharge a 450 kW de potencia.

El futuro para Porsche: electrolito sólido

Con la mirada puesta en el futuro, Porsche tiene esperanza en que la tecnología de baterías de estado sólido incorpore un gran avance en términos de carga rápida y seguridad. Estas baterías utilizan un polímero o un material cerámico en lugar del electrolito líquido habitual, que es medio por el que se mueven los iones entre los electrodos. Al eliminar el material líquido, las baterías son más compactas, lo que permite aprovechar el espacio para incluir mayor cantidad de material activo, aumentando la densidad energética. Al mismo tiempo, aumenta la seguridad al reducir por completo el riesgo de incendio y explosión.

Según Passerini, en teoría, esta tecnología, además de más segura, también podría permitir recargas más rápidas, aunque “la viabilidad práctica aún no se ha demostrado”, advierte Passerini.