El ciclo de vida de la batería del coche eléctrico

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La vida útil de las celdas de la batería de un vehículo eléctrico comprende cuatro fases: desarrollo, uso en el vehículo, second life y reciclaje. Te mostramos este desarrollo en el Centro de Competencia para Baterías del BMW Group.

8 de septiembre de 2020

La cuna de la batería del coche eléctrico

Aquí es donde nace el futuro. Todo comienza en este lugar. Nos rodea un silencio total, solo roto por el ruido monótono de las máquinas del laboratorio. Doscientos científicos y expertos, sobre todo químicos e ingenieros de procesos, aportan con sus monos de protección azules y sus guantes desechables turquesas los únicos toques de color de un lugar por lo demás prístino y ultramoderno: el Centro de Competencia para Baterías del BMW Group, al norte de Múnich. La tecnología de las baterías del mañana se crea en estos 12 000 metros cuadrados. La esencia y los procesos de fabricación de las baterías se optimizan en estos laboratorios e instalaciones de investigación ultramodernos. En el BMW Group quieren comprender exactamente lo que ocurre en una celda de estas baterías, cuál es la composición química ideal y el diseño adecuado y cómo se pueden producir a gran escala en condiciones de sostenibilidad. Los expertos comparan el procedimiento con la elaboración de una tarta.

La química aplicada a las celdas es la receta, y los ingredientes de la tarta (o sea, la batería de iones de litio) son los cuatro componentes: cátodos, ánodos, separadores y electrolitos. El resultado no depende solo de las cantidades y la calidad de los ingredientes, sino también de cómo se combinan y procesan (no todos los hornos cuecen igual). La composición de las materias primas más importantes, la densidad de la energía y la potencia, la seguridad, la vida útil... todo esto se investiga en el Centro de Competencia para Baterías. Así, el laboratorio puede profundizar en el conocimiento existente, rastrear las diversas tendencias para el futuro de las celdas de batería del coche eléctrico y ayudar a dar forma a los propios desarrollos. Al mismo tiempo, el BMW Group puede determinar qué formatos de celdas de baterías usar, con qué materiales crearlas y bajo qué condiciones obtenerlas de los proveedores. El BMW Group da una importancia especial al uso sostenible de todos estos componentes.

Reducción de las emisiones de CO2

«Al ser pioneros en el tema de la sostenibilidad, nuestras decisiones tienen un gran peso entre los proveedores de baterías, y utilizamos esta influencia. Hemos acordado contractualmente con los fabricantes de nuestras baterías que solo utilizarán energía limpia en la producción de nuestra quinta generación de celdas. A partir de este año, pondremos en práctica esta tecnología sobre la carretera con el BMW iX3 e iremos incorporándola a nuestra gama de productos (el año que viene, por ejemplo, lanzaremos el BMW iNEXT y el BMW i4). A medida que aumente el volumen, el uso de la electricidad limpia nos permitirá garantizar un ahorro de unos 10 millones de toneladas de CO2 en los próximos 10 años. En comparación, es más o menos la cantidad de CO2 que emite anualmente una ciudad con millones de habitantes como Múnich», explica el director general de BMW Oliver Zipse. Así es como se crean los prototipos de baterías en el Centro de Competencia para Baterías, cumpliendo a la perfección los requisitos de los vehículos BMW para hoy y para el futuro.

La fabricación: los materiales principales

En su laboratorio, el BMW Group investiga la composición y las proporciones de los materiales que forman sus baterías. El cátodo, el polo positivo, se compone en la actualidad de óxido de cobalto manganeso níquel litio (NMC). Para el ánodo, el polo negativo, se usa grafito. Al obtener las materias primas, especialmente en el caso de los materiales claves como el litio y el cobalto, el BMW Group da una prioridad máxima al cumplimiento de los estándares medioambientales y los derechos humanos: para la empresa, la obtención y el procesamiento de las materias primas desde un prisma éticamente responsable comienzan al principio de la cadena, en las propias minas de materiales. Por eso, el BMW Group ha reestructurado sus cadenas de suministro para la quinta generación de baterías de coches eléctricos y a partir de 2020 adquirirá el cobalto y el litio directamente a los productores, sin intermediarios, tras lo que pondrá estos materiales a disposición de los fabricantes de sus baterías.

En el futuro, BMW adquirirá el cobalto directamente en las minas de Australia y Marruecos, y el Litio también en Australia (entre otros lugares). Así, consigue una transparencia del 100 % en el origen de estas dos materias primas tan importantes. Además, el BMW Group, junto con BASF SE, Samsung SDI y Samsung Electronics, ha lanzado una iniciativa intersectorial en la República Democrátiva del Congo con el proyecto piloto «Cobalt for Deveolpment». Su objetivo es mejorar las condiciones laborales de las personas que trabajan en minería a pequeña escala en una mina de cobalto seleccionada. Las empresas implicadas han encargado a la entidad Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH (GIZ) que estudie cómo pueden mejorarse en el plazo de tres años las condiciones vitales y laborales de estos mineros de cobalto y las comunidades en las que viven. Si el proyecto tiene éxito, estos enfoques pueden transferirse a otras minas no intensivas o no industrializadas a largo plazo.

La vida de la batería en el coche eléctrico

Aquí es donde comienza la fase decisiva en la vida de una batería: su uso en el vehículo. El BMW Group pretende ampliar su rango de modelos hasta tener 25 vehículos electrificados en 2023 (➜ ver también: Coches híbridos enchufables: comparativa de eléctricos), de los cuales más de la mitad deberán ser totalmente eléctricos. Por este motivo, optimizar las celdas de batería para los nuevos coches eléctricos es una prioridad principal. Sin embargo, esto no gira en torno al tamaño, sino a la tecnología, es decir, a la eficiencia. Los nuevos vehículos eléctricos ya pueden llegar a una autonomía de hasta 600 kilómetros con una sola carga, y la tendencia va al alza. La vida útil de una única batería de coche depende en gran medida del comportamiento de uso del conductor: la carga rápida, por ejemplo, ejerce una presión mayor sobre las baterías que la carga convencional.

Además, la temperatura ambiente, el número de ciclos, la intensidad de la descarga y la antigüedad de la batería (independientemente de su uso) son otros factores que influyen. Las expectativas de vida útil de las baterías de BMW ya se han superado con creces, por eso el BMW Group ha decidido ampliar su garantía de ocho años para las baterías de sus BMW i3 en Europa de 100 000 km a 160 000 km. Aunque a una batería de un coche electrico de BMW ya le haya llegado el día después de muchos años de uso, todavía no es momento de decirle adiós definitivamente. Pero ¿qué hacemos con las baterías de vehículos eléctricos (➜ ver también: 10 mitos sobre coches eléctricos: esta es la realidad) si ya no cumplen los requisitos operativos para la conducción, pero siguen teniendo una capacidad energética de entre el 70 y el 80 por ciento?

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La tecnología y los procesos de producción de la batería del coche eléctrico se optimizan al máximo en un área de 12 000 metros cuadrados en el Centro de Competencia para Baterías del BMW Group. Aquí, un empleado del laboratorio controla la dosificación y mezcla de la pasta de electrodos.
La tecnología y los procesos de producción de la batería del coche eléctrico se optimizan al máximo en un área de 12 000 metros cuadrados en el Centro de Competencia para Baterías del BMW Group. Aquí, un empleado del laboratorio controla la dosificación y mezcla de la pasta de electrodos.
En las celdas de la batería de iones de litio de BMW, los electrodos deben irrevestidos para poder almacenar y liberar el litio. Para ello, se aplica una pasta de material activo a una lámina de electrodos elaborada con cobre o aluminio.
A continuación, las láminas de electrodos de la batería se revisten y secan en estas instalaciones de investigación ultramodernas.
La lámina de electrodos de la batería se comprime en un conjunto de rodillos.
Con ayuda de robots de alta tecnología, se sueldan las carcasas de las celdas de la batería en el Centro de Competencia para Baterías.
La sostenibilidad ambiental y social del desmontaje de los materiales empleados, su procesamiento y su reciclaje, son decisivos para el BMW Group.
El Centro de Competencia para Baterías del BMW Group está en el norte de Múnich. Aquí es donde se investiga el ciclo de vida de la batería del coche eléctrico, el reciclaje de las baterías de litio y la reutilización sostenible de las materias primas.

Un contenedor de 26 metros de longitud y unos seis metros de ancho, instalado en el puerto de Hamburgo, demuestra que no hay que juzgar las cosas por su apariencia. En su interior hay 2600 módulos de batería a los que se les ha dado una segunda vida tras usarlos en coches eléctricos BMW: ahora sirven para almacenar la electricidad de la red general. La energía almacenada en estas baterías está disponible en cuestión de segundos y mantiene la estabilidad de la red. ¿Pero qué significa esto exactamente? En cualquier momento del día, se incorpora a la red la cantidad de energía exacta que necesitan los clientes; cada 15 minutos se actualiza la previsión. Después se determina qué sistemas de generación de la energía pueden cubrir esa demanda. En la mayor parte de países, la energía eólica y solar tienen «preferencia», pero como dependen del clima, no son siempre fiables al 100 %.

«Ahí es donde entran en juego los sistemas de almacenaje con baterías como este», explica Daniel Hustadt, director de proyectos de la empresa energética Vattenfall y responsable de desarrollo tecnológico. «Existen para compensar precisamente estas fluctuaciones con el objetivo de garantizar el equilibrio entre la oferta y la demanda. Si la red contiene demasiada energía debido a determinadas fluctuaciones en la generación o la demanda, se almacena el exceso en las baterías. En caso contrario, se extrae de las baterías. ¡Es cuestión de segundos!». Con este uso de «second life», el contenido energético de las celdas de las baterías tarda unos diez años en agotarse, tras lo cual se deben reciclar. Las instalaciones de almacenamiento de la planta del BMW Group en Leipzig son otro ejemplo de cómo se pueden utilizar unas 700 baterías del BMW i3 para almacenar energía de forma eficaz tras haberlas usado en vehículos. Al servir para almacenar energía renovable, ayudan a reducir los costes energéticos y a mantener la sostenibilidad de la producción.

Un ruido ensordecedor inunda la sala. Tres operarios abren los módulos de batería con sus fresadoras para llegar a los lugares realmente valiosos, donde se encuentran las materias primas. Después, la carcasa de aluminio, el material de los electrodos y la lámina separadora se muelen en una máquina especial hasta hacerlos trizas. Esta máquina funciona gracias a la energía que se descarga de la batería y puede triturar hasta 500 kg de material por hora. Estamos en las instalaciones de la empresa química Duesenfeld, en la Baja Sajonia. Una de las empresas, junto a Northvolt y Umicore, por ejemplo, que pueden reciclar casi por completo las baterías de iones de litio instaladas en los vehículos eléctricos del BMW Group.

En este proceso se emplean varios métodos. Además del triturado, las celdas de batería también se pueden calentar en un horno a temperaturas muy altas durante un proceso pirometalúrgico, de modo que los metales que contienen se fundan y se puedan separar. La movilidad eléctrica solo es sostenible si las baterías se reciclan. Su ciclo de vida solo se cierra de forma óptima si se reciclan extensivamente los materiales. Esto nos lleva de vuelta al lugar de nacimiento de la batería: el Centro de Competencia para Baterías del BMW Group. Porque, incluso en el proceso de desarrollo de la batería para coche eléctrico, BMW está pensando ya en la reutilización sostenible de las materias primas tras el proceso de reciclaje. Así se cierra el círculo.

Fotos: BMW; Ilustración: Bratislav Milenkovic; Autor: Markus Löblein

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