La bateria d'un cotxe elèctric és el component més important del vehicle, així com el més car i complex pel que fa al funcionament. Al llarg dels anys s'han desenvolupat diverses tecnologies per a la producció de bateries per a cotxes elèctrics i, encara que algunes semblen obsoletes, en altres se segueix treballant per millorar alguns aspectes clau, com ara la durada, la potència i la sostenibilitat dels materials.
De fet, resoldre el problema de la disponibilitat de matèries primeres i eliminar-lo és una prioritat per assolir l'objectiu d'una mobilitat més sostenible.
Com funciona la bateria del cotxe elèctric?
A l'interior de les bateries es produeix electricitat mitjançant un procés químic pel qual, en un entorn d'electròlit líquid, es genera un flux d'electrons entre dos pols, l'ànode i el càtode. Aquest procés té lloc a cada cel·la individual, la unitat bàsica de la bateria, que juntament amb altres cel·les forma un mòdul. De la unió de diversos mòduls s'obtenen diferents tipus de bateries que varien en capacitat, amperatge i voltatge, les tres unitats de mesura que es prenen en consideració per avaluar l'exercici de la bateria en conjunt:
- Capacitat: quantitat denergia que una bateria pot transmetre o emmagatzemar en una hora, expressada en kWh.
- amperatge: quantitat d'energia, en amperes, que es pot transmetre en un segon.
- voltatge: força amb què es transmet una quantitat d'energia corresponent a 1 Amperi; s'expressa en volts i, per tant, mesura la velocitat de transmissió.
Aleshores podem distingir diferents tipus de bateries en funció de la seva composició química, en particular els metalls amb què estan fets l'ànode i el càtode.
Quins són els tipus de bateries de cotxes elèctrics?
Fins ara, la bateria de cotxe elèctric més utilitzada és la de ions de liti, que té una alta densitat de liti al càtode i grafit a l'ànode. Tot i que actualment estan equipades amb un electròlit líquid, les bateries de ions de liti són la base de la investigació de bateries d'estat sòlid.
La seva àmplia difusió és deguda a les bones prestacions que garanteixen: alta densitat energètica, ràpida recàrrega, lleugeresa i durada mitjana-alta. No obstant això, hi ha altres tipus:
- Bateries de plom: molt usades en el passat, aquestes bateries tenen un ànode de plom i un càtode també recobert de diòxid de plom. Actualment s'utilitzen poc, en cotxes petits i econòmics perquè, tot i tenir una llarga vida útil i costos baixos, tenen un gran impacte mediambiental i uns temps de recàrrega molt llargs;
- Bateries d'hidrur de níquel-metall: compostes per un ànode d'aliatge de metall i un càtode d'alta concentració de níquel, aquest tipus de bateria s'ha utilitzat poc al sector de l'automoció, principalment per part de Toyota, que sempre l'ha utilitzat pel model elèctric més famós , el Prius. Les bateries tenen una alta densitat denergia i es carreguen i descarreguen ràpidament, són lleugeres i limpacte ambiental és baix, però perden rendiment ràpidament;
- Bateries de fosfat de ferro i liti: són una variant de les bateries de ions de liti amb un material de càtode diferent. Tenen diversos avantatges, no requereixen l'ús de materials rars i costosos com el cobalt, són segurs, resistents a temperatures altes i duradors. Són menys utilitzats perquè tenen una baixa densitat energètica, encara que darrerament el seu mercat està creixent, especialment a la Xina.
Bateria que prometen
Després hi ha algunes bateries la tecnologia de les quals sembla prometedora i que aviat podrien estar disponibles per als fabricants d'automòbils. Entre aquests es troben els de liti-metall, amb liti també a l'ànode, cosa que augmenta la seva densitat d'energia; o les bateries de liti-sofre, fabricades amb materials reciclats i per tant més sostenibles i econòmiques; finalment els que tenen ions de sodi, fins i tot aquests menys costosos perquè estan fabricats amb materials més comuns, com el sodi, i que podrien garantir una major durada i resistència a les baixes temperatures.
La durada i la disminució del rendiment de les bateries d'un cotxe elèctric són sens dubte elements importants que cal tenir en compte a l'hora d'avaluar la compra d'aquests vehicles.
Quan dura la bateria d'un cotxe elèctric?
La vida de les bateries dels cotxes elèctrics està lligada al seu rendiment, que disminueix amb el temps a causa dels cicles de càrrega, especialment ràpids o de gran potència, i descàrrega. Però a la bateria d'un cotxe elèctric la capacitat explotada mai no és la màxima assolible, sempre es calibra a un valor inferior. Això constitueix la diferència, del 5% al 12-15%, entre la capacitat nominal i la capacitat efectiva.
El desgast de la bateria afecta el revestiment de l'ànode i el càtode, cosa que també redueix la capacitat d'emmagatzematge amb el temps. No obstant això, aquesta disminució de la capacitat no compromet el rendiment, com ara la potència, que es manté constant en el temps.
Els fabricants realitzen estimacions sobre la distància mitjana que garanteix una bateria amb una càrrega completa, així obtenen el nombre total indicatiu de cicles de recàrrega i descàrrega del vehicle. Més enllà d'aquest nombre estimat, el rendiment comença a degradar-se significativament i el límit sol establir-se entre el 70% i el 80% de la capacitat efectiva inicial.
Així, en general, els fabricants garanteixen a la bateria dun cotxe elèctric una vida total de 8 anys o 160.000 quilòmetres, alguns arriben fins als 240.000.
Una bateria que ja no es pot fer servir per a un automòbil encara es pot fer servir com a acumulador estàtic per a sistemes d'alimentació ininterrompuda i sistemes similars.
Una garantia a part per a la bateria del cotxe elèctric
Pel que fa a la garantia de la bateria d'un cotxe elèctric, cal assenyalar que aquesta és independent de la genèrica del vehicle. De fet, la bateria per si sola representa un terç del valor total del cotxe.
Cada fabricant assegura que durant el període o quilometratge indicat, és a dir, aproximadament 8 anys o 160.000 quilòmetres, la capacitat de la bateria no baixarà per sota del llindar límit del 70-80% de la capacitat efectiva.
En garantia, es pot reparar o substituir completament la bateria del cotxe elèctric per un defecte de disseny o fabricació.
Hi ha alguna circumstància que provoqui que la garantia caduqui abans que caduqui?
Segons l'ADAC, el club automobilístic més gran d'Europa, aquests poden ser:
- Descàrrega profunda de la bateria. Molts fabricants de cotxes desaconsellen el funcionament en sec, ja que no és saludable per a la bateria, i ho inclouen a les condicions d'exclusió de la garantia;
- Descàrrega profunda per inactivitat del vehicle. Especialment per a la compra de cotxes elèctrics usats, és recomanable comprovar el valor SOH (State Of Health) de la bateria;
- Instal·lació d'accessoris o modificacions posteriors a la matriculació del vehicle (p. ex., enganxi de remolc no proporcionat originalment);
- Actualitzacions de programari no realitzades. Totes les cel·les que componen el paquet de bateries han de ser gestionades per un sistema electrònic – Battery Management System – que és fonamental per a la seguretat del vehicle;
- Pla de manteniment del cotxe elèctric no realitzat correctament o no a la xarxa oficial.
Un altre tema d'actualitat per a la mobilitat elèctrica és el de la disposició i el reciclatge de les bateries, en què es treballa a partir de les matèries primeres utilitzades.
El repte europeu per desfer-se de les bateries dels cotxes elèctrics
La disposició de la bateria d'un cotxe elèctric ha de realitzar-se a plantes especials especialitzades per al tractament dels seus components. Aquests centres de desmuntatge i reciclatge de bateries d'ions de liti es troben actualment a alguns països europeus, principalment a Alemanya, França, Bèlgica i Espanya, i els costos són molt alts.
A més, segons informa la BBC, la producció de bateries augmenta en una mitjana de 25% cada any, i en 10 o 15 anys la quantitat de materials a eliminar corre el risc d'esdevenir una emergència, si no s'implementen projectes de reciclatge i reutilització. les pròpies bateries.
Es va fer un pas endavant el desembre del 2022, quan el Consell Europeu i el Parlament Europeu van establir normes que, en espera d'una legislatura definitiva, regulen tot el cicle de les bateries, des de la producció fins a l'eliminació, per garantir-ne la seguretat, sostenibilitat i alts estàndards constants.
L'acord provisional s'aplicarà a tot tipus de bateries i, pel que fa a les que alimenten mitjans de transport, els productors s'han d'ocupar de la valorització d'almenys el 51% dels residus de producció. Ja s‟han fixat els nivells mínims obligatoris dels diferents materials per al‟entrada en vigor de l‟acord: 16% per al cobalt; 85% de plom, 6% de liti i 6% de níquel.
Tot i això, l'eliminació per si sola no és suficient, el veritable desafiament per a Europa són els projectes de reutilització i reciclatge de bateries d'automòbils elèctrics.
Els avantatges de reciclar piles elèctriques
Una alternativa a la disposició és el reciclatge de les bateries dels cotxes elèctrics, cosa que permet optimitzar els recursos i promoure un camí més sustentable.
Els avantatges de reciclar bateries de liti, en particular, us permeten:
- evitar noves extraccions i processaments (per extreure una tona de liti calen unes 1.900 tones d'aigua);
- reduir la necessitat de matèries primeres, que provoquen noves emissions de CO2;
- estalviar recursos en metalls primaris i combustibles fòssils, amb menys despesa d'energia.
A més, les bateries gastades encara contenen aproximadament un 75% de capacitat residual, que ja no és suficient per alimentar un vehicle elèctric, però es pot utilitzar per a altres fins. Per exemple, es poden convertir en sistemes d'emmagatzematge per a plantes fotovoltaiques, o formar una instal·lació d'emmagatzematge industrial, com a subministrament d'energia.
Les bateries poden tenir més duna vida
El concepte de bateria de segona vida, «donar una segona vida» a una bateria, es pot aplicar a diversos camps, inclosos projectes innovadors: a Japó, per exemple, les velles bateries elèctriques alimenten els ascensors, una reserva d'energia molt útil en el cas d'una apagada, com ho demostra la col·laboració entre el fabricant d'automòbils Nissan i l'empresa de sistemes de construcció Hitachi.
Europa també aposta pel reciclatge de bateries amb el projecte Acrobat, que pretén recuperar més del 90% dels materials crítics (sobretot liti, fòsfor i grafit) continguts a les bateries de liti-ferro-fosfat a través d'una nova extracció, amb costos continguts i reducció dimpacte mediambiental.
També forma part de la iniciativa i està representada per Enea, l'Agència Nacional de Noves Tecnologies, Energia i Desenvolupament Econòmic Sostenible. "Nosaltres a Enea - explica la investigadora Federica Forte, directora de projectes de l'Agència - ens ocuparem, en particular, del procés d'extracció i recuperació de materials electrolítics, com ara sals conductores i solvents orgànics".