El fulgurante éxito del juego de realidad aumentada Pokémon Go ha traído consigo una consecuencia inesperada, desde su lanzamiento a principios de julio, se han disparado la venta de baterías externas para móviles, algunos estudios hablan de un incremento de más del 100% de las ventas de este tipo de baterías, tan necesarias para afrontar el consumo de energía tan intensivo que supone el juego. Tal y como ha ocurrido en otras ocasiones, las aplicaciones relacionadas con el ocio, aceleran significativamente del desarrollo de tecnologías capaces de responder a las necesidades de las personas, en este caso todos nos vamos a ver beneficiados de la inversión que van a realizar los fabricantes de móviles para ofrecer baterías con una mayor duración a los más de 130 millones de usuarios con lo que cuenta el juego.

Pero en esta ocasión no está siendo únicamente la industria electrónica la que está impulsando la innovación para desarrollar mejores baterías, desde hace un par de años la industria del automóvil, con Elon Musk y su empresa Tesla a la cabeza, se ha sumado a este reto, con la expectativa cercana de que los coches eléctricos serán los protagonistas de un sector que se enfrenta a uno de los mayores cambios de su historia, no sólo en lo que se refiere a la forma de propulsión sino también en la conducción. Cada día que pasa quedan menos dudas de que en menos de 10 años los coches serán autónomos y esta renovación en la forma de conducción traerá consigo también la renovación en el tipo de combustible. Es por ello que toda una industria, en la que existen decenas de marcas multimillonarias, se están lanzando a un proceso de digitalización sin precedentes, que finalizará con una renovación total de todo tipo de vehículos para convertirlos eléctricos y autónomos.

El tercer sector que está ayudando a impulsar el desarrollo de mejores baterías es el de las energías renovables, especialmente el de la energía solar que ha tenido un importante crecimiento en los últimos años y requiere de mejores baterías en las que almacenar la energía que los paneles solares producen cada vez de forma más eficiente y barata. Si los paneles solares están mejorando significativamente su eficiencia, es necesario que ocurra lo mismo a nivel de almacenamiento de esa energía, para que realmente pueda llegar a producirse un cambio importante en la forma de abastecimiento energético en los hogares. Aquí nuevamente nos volvemos a encontrar a Tesla como protagonista con sus baterías para el hogar y la reciente compra de la empresa SolarCity que complementa a la perfección la estrategia de Elon Musk para mejorar el mundo por medio de la reducción de emisiones contaminantes, tanto por parte de los vehículos, como en la producción de la energía para los hogares.

A lo largo de este artículo vamos a conocer en profundidad los principales avances tecnológicos que se están produciendo para mejorar el rendimiento de las baterías y cómo las grandes empresas de electrónica, de automoción y de energía están trabajando al respecto:

1. Baterías para dispositivos electrónicos

Gracias al apoyo de Intel Capital la startup Prieto Battery, nacida como una spinoff de la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins, ha podido desarrollar una batería 3D en estado sólido cuya estructura está basada en nuevos materiales que logran un volumen de iones de litio a un nivel muy superior del de las baterías actuales.  Las baterías 3D podrían resultar más baratas de fabricar, más rápidas de cargar, más seguras, más pequeñas y menos tóxicas para el medio ambiente, que las baterías convencionales. La batería 3D de estado sólido presenta diferencias importantes frente a las baterías convencionales en los materiales utilizados y el método de fabricación. Para ello se utiliza una espuma como materia prima de las baterías sobre la que se deposita el ánodo, hecho de antimonio de cobre galvanizado.

Sony trabaja en un nuevo tipo de baterías en las que  se utiliza un compuesto de azufre como material para el electrodo. El objetivo que se propone la empresa con esta nueva tecnología es aumentar la densidad de energía por unidad de volumen de 700Wh/L (la unidad estándar actualmente a 1.000Wh/L lo que permitiría a la batería ofrecer un 40% más de autonomía a los dispositivos que la utilicen. La batería utilizará el azufre en el electrodo positivo y el litio en el electrodo negativo. La empresa planea iniciar la comercialización de este nuevo tipo de baterías en 2020 inicialmente destinadas a los smartphones.

El fabricante de electrónica Huawei trabaja en un nuevo tipo de baterías con la capacidad de cargarse al 50% en 5 minutos. Para conseguirlo ha creado un proceso de fabricación de las baterías que se basa en agregar heteroátomos a las moléculas convencionales de las baterías de iones de litio. Gracias a ello se cataliza la captura y transmisión de energía del litio, a través de sus enlaces de carbono. Una de las ventajas importantes de este proceso es que el aumento en la velocidad de carga no sacrifica la vida útil de la batería. Recientemente la empresa ha denominado a esta tecnología SuperCharge y se espera que esté disponible en breve en su smartphone Huawei Mate 9.

2. Baterías para coches eléctricos

La industria del automóvil es la que va a experimentar cambios más importantes en los próximos años, en primer lugar debido a las tecnologías utilizadas, donde veremos una transición total hacia el uso de motores eléctricos y los sistemas de conducción autónomos. Además se va a producir un cambio importante a nivel de hábitos de utilización de los coches, pasando de un modelo ineficiente basado en la propiedad de los vehículos, a un modelo futuro asentado en la economía colaborativa, en el que va a primar el vehículo como servicio, como el modelo que promueve desde hace un tiempo la empresa Uber. En esta tendencia es donde nos encontramos con el segundo Master Plan trazado por Elon Musk para Tesla en el que destaca poderosamente su estrategia de coche compartido, en la que los propietarios de un coche de la marca podrán alquilarlo a otros usuarios para ganar dinero con ello o incluso en las grandes ciudades la propia empresa podrá tener su propia flota de coches autónomos, que serán utilizados bajo demanda por los usuarios que los necesiten en cada ocasión.

"Cuando  la autoconducción sea aprobada por los reguladores, podrás sumar tu coche a la flota de coches compartidos de Tesla y dejar que genere ingresos para ti mientras trabajas o estás de vacaciones, reduciendo significativamente y a veces incluso excediendo la cantidad de tu letra o el leasing mensual. Esto reduce dramáticamente el verdadero coste de la propiedad hasta el punto de que casi cualquiera podrá tener un Tesla. Teniendo en cuenta que la mayoría de los coches son usados por sus dueños solo durante un 5% o un 10% del día, la ventaja económica fundamental de un coche autoconducido es probablemente muchas veces más alta que la de uno que no lo es"

Ante este escenario la mayoría de las empresas automovilísticas han empezado a "ponerse las pilas", porque toda una industria no puede quedarse fuera de la gran revolución que está promoviendo Tesla para el sector. Veamos a continuación algunas de las iniciativas más relevantes de los fabricantes de automóviles en lo que a desarrollo de nuevas baterías para coches eléctricos se refiere:

El sistema Aquarius en el que trabaja Peugeot permitirá cargar las baterías de los coches eléctricos al mismo tiempo que circulan gracias a un generador de a bordo, lo cual será una solución para sus futuros modelos eléctricos de autonomía extendida. Gracias a ello los coches eléctricos podrán llevar baterías más pequeñas, con la consiguiente reducción de peso, así como un menor costo. Para no disminuir la eficiencia del vehículo será necesario que el automóvil produzca su propia energía eléctrica gracias a un pequeño motor de explosión.  Este sistema propone un motor con un solo cilindro de 0,60 litros y 86 CV de potencia, sin válvulas ni cigüeñal y promete alcanzar una mayor eficiencia tanto en los rozamientos como en el mantenimiento. Al pistón se le añaden dos imanes, además de un bobinado eléctrico que rodea al cilindro y convierte al motor de explosión en un generador de funcionamiento lineal.

Volkswagen quiere que en 2030 el 30% de sus coches sean eléctricos y  tiene previsto llevar al mercado una treintena de automóviles movidos por electricidad antes del año 2025. Para ello tiene previsto realizar una inversión de más de 10.000 millones de euros. Para conseguirlo está planeando construir una gran factoría de baterías que podría localizarse en Alemania o posiblemente en China. Dentro de la la estrategia de la empresa por el desarrollo de tecnologías de movilidad eléctrica Volkswagen invirtió en la empresa QuantumScape, fabricante de baterías de electrolito en estado sólido, con la compra del 5% de su capital. Gracias a la tecnología desarrollada por la empresa se podría llegar a disponer de hasta 700 kilómetros de autonomía con una sola carga.

Audi también está trabajando en diferentes líneas de desarrollo en baterías de alto voltaje para vehículos eléctricos e híbridos enchufables. En el centro tecnológico de baterías de alto voltaje de Gaimersheim, la empresa trabaja en un concepto modular uniforme que permite utilizar las baterías en los diferentes modelos y marcas del Grupo Volkswagen. Sobre todo se trabaja en el estudio y mejora de la rigidez del sistema de baterías y su comportamiento en una situación de choque. En los últimos tres años Audi ha logrado aumentar la capacidad actual de las células prismáticas de las baterías en un 50 por ciento, de 25 amperios hora (Ah) por célula a 37 Ah. La densidad de energía se ha incrementado en un grado similar. Las células planas ahora alcanzan hasta 550 vatios hora por litro de volumen, y se espera que alcancen unos 750 Wh/l en 2025. Como efecto secundario importante de estos avances se ha logrado que los costes de las baterías se hayan reducido a alrededor de la mitad en los últimos cinco años.

Nissan trabaja en el desarrollo de un nuevo método de análisis atómico que ayudará a aumentar el rendimiento de las baterías de iones de litio y de esta forma extender la autonomía de los vehículos eléctricos. La investigación se realiza conjuntamente entre entre Nissan Arc, filial de Nissan, la Universidad de Tohoku, el Instituto Nacional de Ciencia de los Materiales y el Instituto de Investigación sobre Radiación Sincrotón de Japón. El análisis examina la estructura del dióxido de silicio amorfo, considerado como la clave para aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio de nueva generación, lo que permite a los investigadores comprender mejor la estructura de los electrodos durante los ciclos de carga. El silicio es capaz de incorporar grandes cantidades de litio en comparación con los materiales comunes con base de carbono, pero en su forma cristalina posee una estructura que se deteriora durante los ciclos de carga, lo cual afecta a su rendimiento. Sin embargo, el dióxido de silicio amorfo es resistente a dicho deterioro, pero hasta ahora su estructura básica era desconocida, por lo que resultaba difícil producirlo en masa. El nuevo método que se ha desarrollado ofrece una comprensión precisa de la estructura amorfa en base a una combinación de análisis estructurales y simulaciones informáticas. Se pensaba que la estructura atómica del dióxido de silicio amorfo era heterogénea, ahora gracias a esta investigación se demuestra que su estructura permite almacenar mayor número de iones de litio, lo que se traduce en un mejor rendimiento de la batería.

BMW tiene un plan para la construcción de una nueva fábrica de baterías para vehículos eléctricos en Tailandia, en la que inicialmente está previsto invertir 57 millones de dólares. El objetivo es lograr que los vehículos híbridos sean más asequibles para los ciudadanos tailandeses. El Gobierno de Tailandia está trabajando con BMW para ofrecer incentivos fiscales con el fin de hacer del país un referente en las baterías para vehículos híbridos. Tailandia es uno de los grandes centros de producción y exportación de los mejores fabricantes de automóviles del mundo, y este sector representa en torno al 10% del producto interior bruto del país asiático. Este plan forma parte de la estrategia de BMW para adentrarse en el negocio del vehículo eléctrico, ampliando su flota con Edrive plug-in desde los compactos (el 225xe Active Tourer y el 330e) hasta los de gama más alta (el X5 xDrive40e y el 740Le).  En los próximos años cada vez más modelos se complementarán con un accionamiento eléctrico adicional hasta que finalmente todos los ejemplares de BMW tengan al menos un plug-in híbrido. Los próximos pasos en el camino hacia la plena hibridación de la compañía incluirán los modelos Serie 5 y el X3.

Seat trabaja junto con Endesa en el proyecto Sunbatt para estudiar y monitorizar comportamiento de baterías de vehículos eléctricos conectadas a una microred de distribución con placas solares y cargadores eléctricos. Cuando baterías de los vehículos eléctricos dejan de cumplir adecuadamente su función, conservan aún una capacidad residual significativa que permite que puedan ser utilizadas en otras aplicaciones estacionarias antes de su reciclado final. Según los primeros estudios realizados, en 10 años de vida una batería de un vehículo eléctrico puede perder de media un 20% de capacidad. Sunbatt está formado por cuatro baterías de vehículos eléctricos conectadas. Además cuenta con unas placas solares de 14 kW de potencia, tres puntos de carga eléctricos y la conexión a la red de distribución eléctrica. Un software se encarga de la toma de decisiones utilizando algoritmos inteligentes en los que intervienen diferentes parámetros con los que decidir en qué dirección dirigir los flujos de energía. La energía que generan las placas solares puede almacenarse en las baterías, volcarse en la red o consumirse directamente en la carga de vehículos eléctricos con el objetivo de lograr un consumo inteligente.

Las empresas tecnológicas tampoco quieren quedarse fuera del sector del automóvil eléctrico, porque de hecho consideran que los coches pronto serán como ordenadores o robots en los que podremos desplazarnos, además de hacer otras muchas cosas. Es por ello por lo que tanto Google como Apple tienen sus propios planes para el mundo del motor y por lo tanto también en el mundo de las baterías. En el marco del Proyecto Titán que está desarrollando Apple para adentrarse en el mundo del automóvil nos encontramos con la noticia de que está colaborando con la startup surcoreana Orange Power en el desarrollo de baterías para coches eléctricos. La startup desarrolla tecnologías de baterías a gran escala con sistema de refrigeración revolucionarios y cuenta con una patente de baterías que actúan como fuente secundaria de energía.  Las baterías contienen una corriente de aire y van dosificando desde el centro hacia los lados el calor que crea la reacción química de la batería, minimizando el desgaste y los problemas por sobrecalentamiento. Además, esto permitirá ofrecer mejores potencias de salida de energía.

Para terminar con este repaso a las iniciativas en el sector del automóvil relacionadas con el desarrollo de baterías no podemos dejar de hablar de la reciente noticia en la que Tesla ha presentado una batería de 100 kWh que permitirá a sus vehículos Model S y el Model X lograr una aceleración de 0 a 100 km/h en 2.7 segundos y una autonomía de 507 kilómetros. Gracias a esta iniciativa Tesla vuelve a ponerse a la cabeza de la industria del coche eléctrico y pone el listón muy alto para el resto de competidores que le llevan aún años de desventaja.

3. Baterías para el hogar

2016 está siendo el año en el que se acelera el desarrollo de una industria hasta ahora poco considerada, pero que puede resultar enormemente relevante en los próximos años. Todo comenzó hace tan solo un año cuando Tesla presentó su batería para el hogar llamada Power Wall y desveló su estrategia en el ámbito energético, con el objetivo de que los hogares se conviertan en autosuficientes a nivel energético, contando con sus propios paneles solares capaces de producir la electricidad que necesitan los electrodomésticos del hogar y además cargar las baterías del coche eléctrico. Esta noticia ha supuesto un revulsivo para que la industria energética se despierte y tenga que iniciar un proceso de renovación, en el que seguramente muchas grandes empresas no serán capaces de sobrevivir y en el que surgirán nuevos negocios que hasta ahora no habían tenido oportunidad de desarrollarse, en un mundo en el que el petróleo ha sido el gran protagonista del panorama energético durante mucho tiempo.

La compra del fabricante de baterías Saft por parte de la petrolera Total, en mayo de este año, es un buen ejemplo de cómo una industria que corre el riesgo de quedarse obsoleta, debe iniciar un proceso de transformación hacia las energías renovables, que conlleve una apuesta por la producción en los propios hogares de la energía a través de paneles solares y el almacenamiento en el propio hogar por medio de baterías. Total ha pagado 950 millones de euros para hacerse con Saft  y convertirla en la punta de lanza del almacenamiento eléctrico del grupo energético, dentro de un plan en el que se pretende acelerar su desarrollo en los sectores de energías renovables y electricidad.

Otra operación corporativa que muestra la relevancia que está tomando el desarrollo de baterías en la industria energética es la compra del 80% de Green Charge, empresa estadounidense con sede en California líder en el mercado de baterías de almacenamiento, por parte de Engie, el gigante energético francés fruto de la fusión entre Suez y Gaz de France. Gracias a Green Charge la empresa Engie va a adquirir una fuerte posición en el creciente mercado de las baterías de almacenamiento en los EEUU y la ampliación de su gama de soluciones energéticas para sus clientes. Esta operación se complementa con otras inversiones realizadas recientemente en las empresas Tendril, que desarrolla soluciones de gestión de servicios energéticos a través de una plataforma de software abierto en la nube, y OpTerra, una empresa que ayuda a miles de clientes en el control de su consumo de energía.

El fabricante de automóviles Nissan está siguiendo una estrategia muy similar a la de Tesla, ya que además de aliarse con Enel para la fabricación de baterías para sus coches, también se ha aliado con Eaton para la creación de su propia batería para el hogar llamada xStorage que se conecta al suministro eléctrico doméstico, se recarga cuando hay disponible energía renovable o cuando la tarifa de la electricidad es menos costosa y libera esa electricidad almacenada cuando la demanda y los costes son más elevados. El objetivo de la empresa es vender más de 100.000 unidades durante los próximos cinco años, ya que esperan que la tendencia del consumidor por este tipo de tecnología siga creciendo. El sistema se ofrecerá a los usuarios finales listo para su uso, con todos los elementos necesarios, incluyendo el cableado y la instalación por parte de un profesional certificado, y por un precio de salida de 4.000 euros para 4,2 KWh nominales.

Sonnenbatterie ofrece otra de las solución que consiste en una batería solar residencial “todo en uno” que representa la última generación de los productos de gestión de energía inteligentes. Utilizando un software de autoaprendizaje la batería ofrece varias funciones conectadas a la red como el aumento del autoconsumo solar, la gestión del tiempo de uso y el apoyo a los servicios de la red, sin incluir la energía de reserva. El sistema integrado de Sonnen de 4kWh tiene un coste de 5.950 dólares sin necesidad de instalación, en un sistema totalmente integrado que incluye el inversor, los módulos de batería de larga duración con una vida de 10.000 ciclos, el gestor inteligente de la energía y la tecnología de medición. Su diseño modular permite que el producto se pueda ampliar fácilmente en 4 kWh e incrementarlo hasta 16 kWh en una sola unidad compacta.

Orison es una batería para el hogar cuyo desarrollo ha sido posible gracias a una exitosa campaña de crowdfunding en la que se han logrado 450.000 dólares por parte de más de 400 personas que han precomprado el producto a través de la plataforma Kickstarter. La batería es capaz de almacenar hasta 2,2 kWh, lo que por ejemplo puede dar una autonomía de hasta 5 horas a una televisión, además de poder utilizar varios módulos para dotar de energía al resto de la casa, cargándose con energía solar y prescindiendo de tener contratada ninguna compañía eléctrica. Asimismo se ha desarrollado una aplicación para móviles y tabletas con las que configurar en tiempo real distintos parámetros del dispositivo. Su precio se encuentra entre los 1.100 y 1.500 dólares, lo cual resulta más económico que otras baterías para el hogar disponibles en el mercado. La diferencia respecto a otros competidores, además del precio, es su adaptabilidad al entorno, su menor tamaño y su peso.

Empresas españolas que se adentran en el negocio de las baterías para el hogar

Aunque la legislación existente en estos momentos en España no es proclive al autoconsumo de energía, no podemos quedarnos fuera de esta industria que comienza a dar sus primeros pasos. La startup Ampere Energy, liderada por el emprendedor Ander Muelas, ha desarrollado su producto Sphere pensado para aplicaciones en el hogar, y con un diseño que le permite formar parte de la decoración de la propia vivienda. Cuenta con una capacidad de 3 kWh, una potencia de salida nominal máxima de 5 kW y todo con un precio de unos 3.000 euros. Otro producto de la empresa es Ampere Square que ofrece un diseño cuadrado que le permite una colocación en serie para aquellas instalaciones que necesiten más de un elemento. Las capacidades de esta opción suben a entre 3, 6 y 9 kWh, y con una potencia de entre 3 kW y 6 kW nominales. Cuentan con la posibilidad de enlazar hasta tres unidades en trifásica con una potencia total de 18 kW y una capacidad de 27 kWh. Los precios van desde los 5.000, hasta los 7.500 euros. Finalmente para los grandes consumidores, como empresas, hay otras dos opciones. Ampere Tower, con 100 kWh y una potencia de 100 kW nominales. Esta propuesta además de en empresas, tiene también un importante potencial como solución a los problemas del coste de término fijo potencia de los puntos de recarga rápida en España. La principal innovación desarrollada por Ampere Energy la encontramos en su software inteligente que conecta entre sí todos los dispositivos de la empresa para comprar la energía de forma conjunta y así reducir su precio, un método que será posible gracias al acuerdo con una comercializadora eléctrica.

Otra startup que trabaja en este ámbito es Solar Rocket con su producto Ra Store, que consiste en un sistema integral de energía solar más batería, que cuenta con una configuración “todo en uno” lo que facilita su instalación y a la que sólo habrá que añadir los paneles solares. A esto se añade un cuerpo compacto y un diseño italiano que permitirá instalarlo en un lugar visible sin que desentone en el interior del hogar, en caso de no tener otro espacio para su colocación. La la batería de Ra Store, fabricada por Aton Storage, puede ser escalada desde los 5 hasta los 20 kWh en tramos de 5 kWh con tres configuraciones diferentes. Ra Store se maneja mediante un software propio y una pantalla táctil que permite monitorizar de forma sencilla la producción fotovoltaica, el nivel de carga de las baterías, el consumo de la red. Además es posible visualizar  desde el móvil, ordenador o tablet, todos los datos de producción, consumo y ahorro diario, mensual y anual. Este sistema ofrece importantes ventajas sobre los utilizados anteriormente en energía solar para el hogar, como es la mayor eficiencia €/Wp que una instalación tradicional con acumulación con tecnología plomo ácido, al no requerir cambio de baterías cada 3 a 5 años y la eliminación de los ruidos, humos y olores de los sistemas de acumulación con baterías de plomo ácido.

Principales innovaciones en el ámbito del diseño y fabricación de baterías

Aunque hemos visto que son muchas las empresas que trabajan para mejorar la baterías de los dispositivos electrónicos, los coches y el hogar, parece que este trabajo resulta aún insuficiente para satisfacer las necesidades que demanda la sociedad, es por ello que multitud de centros de investigación se afanan en encontrar soluciones a los problemas científicos y tecnológicos que ocasionan que las baterías aún no ofrezcan las prestaciones que demanda el mercado:

Científicos de la Universidad de Córdoba trabajan en alternativas alternativas al silicio para la construcción de baterías. Entre sus investigaciones encontramos la posibilidad de crear baterías basadas en iones de sodio. El sodio se encuentra en nuestro planeta unas mil veces más que el litio, de ahí que el precio del mismo sea notablemente inferior. Además, su manejo y producción masiva también resultan ser mucho menos costosas...