El objetivo de esla es crear un automóvil eléctrico de $ 25,000 en tres años. Alcanzar ese precio de etiqueta, alrededor de $ 13,000 más barato que el modelo menos costoso en la actualidad, se considera fundamental para ofrecer un verdadero producto de mercado masivo. (SeongJoon Cho / Bloomberg)

por:  David Stringer and Kyunghee Park

Bloomberg

En el evento del Día de la Batería de Tesla en septiembre, el CEO Elon Musk se fijó un objetivo ambicioso: producir un automóvil eléctrico de $ 25,000 en tres años. Alcanzar ese precio de etiqueta, alrededor de $ 13,000 más barato que el modelo menos costoso en la actualidad, se considera fundamental para ofrecer un verdadero producto de mercado masivo. Llegar allí significa encontrar nuevos ahorros en tecnología, lo que es más importante, las baterías que pueden representar un tercio del costo de un vehículo. Musk dice que las innovaciones y la fabricación interna pueden reducir rápidamente a la mitad ese gasto, mientras que la mayoría de los competidores ven un camino más lento para alcanzar la paridad de precios con los consumidores de gasolina.

¿Por qué las baterías de los vehículos eléctricos son tan caras? En gran parte por lo que entra en ellos. Un EV usa las mismas baterías recargables de iones de litio que están en su computadora portátil o teléfono móvil, son mucho más grandes para permitirles entregar mucha más energía. El componente más caro de cada celda es el cátodo, uno de los dos electrodos que almacenan y liberan una carga. Eso se debe a que los materiales necesarios en los cátodos para acumular más energía suelen ser costosos: metales como cobalto, níquel, litio y manganeso. Deben extraerse, procesarse y convertirse en compuestos químicos de alta pureza.

Con las tarifas y tamaños de paquete actuales, el costo promedio de la batería de un vehículo eléctrico típico es de aproximadamente $ 7,350. Eso ha bajado mucho: 87% durante la última década, según BloombergNEF.

Pero el precio promedio del paquete de $ 156 por kilovatio hora (de alrededor de $ 1,183 en 2010) todavía está por encima del umbral de $ 100 en el que el costo de un vehículo eléctrico debería coincidir con un automóvil con un motor de combustión interna. Eso ayudaría a desencadenar una adopción masiva.

No se espera que los costos sigan cayendo tan rápido, pero los paquetes de iones de litio están en camino de caer a $ 93 por kWh para 2024, según los pronósticos de BNEF. Para lograrlo, uno de los objetivos de los fabricantes es reemplazar el cobalto de alto costo por níquel. Eso tiene un doble beneficio: el níquel es más barato y también contiene más energía, lo que permite a los fabricantes reducir el volumen necesario.

Por otro lado, la ventaja del cobalto es que no se sobrecalienta ni se incendia fácilmente, lo que significa que los fabricantes deben realizar ajustes de seguridad cuando usan un sustituto. Panasonic en Japón planea comercializar una versión sin cobalto de una batería de alta energía en dos o tres años; otros proveedores ya producen otros de menor energía.

También se presta atención a los paquetes de baterías, que a menudo se asemejan a maletas de gran tamaño, que albergan filas de celdas individuales. Simplificar el diseño y utilizar un producto estándar para una variedad de vehículos, en lugar de un paquete adaptado a cada modelo, generará ahorros adicionales.

Asia domina la fabricación de celdas de iones de litio, lo que representa más del 80% de la capacidad existente. La mayor parte de ese poder está en China. Europa está construyendo nuevas fábricas y superará a América del Norte en la fabricación de células a partir de 2021, según Wood Mackenzie. En general, la empresa china Contemporary Amperex Technology Co.Ltd. (CATL) envió los volúmenes más altos en 2019, incluidas las baterías destinadas a redes eléctricas y sistemas de almacenamiento.

Es un campo más ajustado en la carrera por suministrar a los fabricantes de automóviles, donde Panasonic lideró el año pasado. LG Chem de Corea del Sur se ha adelantado en 2020, capturando alrededor de una cuarta parte del mercado en los primeros ocho meses, según SNE Research. La empresa conjunta de Tesla y Panasonic es el mayor productor de baterías en Estados Unidos. Entre los productores emergentes se encuentran Northvolt en Suecia, fundada por ex ejecutivos de Tesla, y Gotion High-tech en China.

La tecnología de iones de litio ha dominado el sector de las baterías recargables desde que Sony Corp. la comercializó en 1991. Las mejoras en la vida útil, la potencia, el peso y los costos han ayudado a que los componentes pasen de las videocámaras a los SUV, autobuses y ferries. Si bien las celdas de iones de litio, como todas las baterías, tienen los mismos componentes básicos: dos electrodos, un cátodo y un ánodo, y un electrolito que ayuda a transportar la carga entre ellos, existen diferencias en los materiales utilizados, y esa es la clave de la cantidad. de energía que retienen. Los sistemas de almacenamiento en red, o los vehículos que viajan distancias cortas, pueden utilizar una química de cátodos más barata y menos potente que combina litio, hierro y fosfato.

Para vehículos de mayor rendimiento, los fabricantes de automóviles prefieren materiales más densos en energía, como óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto u óxido de litio-níquel-cobalto-aluminio. Se buscan refinamientos adicionales para mejorar el alcance (la distancia que puede viajar un vehículo antes de recargarse), así como la velocidad de carga, al tiempo que equilibran factores como la resistencia al fuego. Los recientes incendios de baterías y retiradas de vehículos han resaltado problemas de seguridad.

¿De qué otra manera pueden bajar los costos? Está el proceso de fabricación en sí y la maquinaria necesaria. Tesla ha encargado la máquina de fundición más grande jamás fabricada que producirá toda la sección trasera de un automóvil como una sola pieza de aluminio fundido a presión. La integración de la batería con el chasis de un vehículo también podría reducir el volumen de material utilizado. Los motores eléctricos, que representan hasta una décima parte del costo de un automóvil, deberían ser aproximadamente un 5% más baratos en los próximos años con mejoras tanto en los materiales como en la electrónica que transmiten energía entre la batería, el motor y las ruedas de un vehículo, BNEF dice.

China es responsable de aproximadamente el 80% del refinado químico que convierte el litio, el cobalto y otras materias primas en ingredientes para baterías, aunque los metales en sí se extraen principalmente en Australia, la República Democrática del Congo y Chile. China también domina los procesos para fabricar piezas de baterías, incluida la capacidad para cátodos, ánodos, soluciones de electrolitos y separadores, según muestran los datos de BNEF.

Pero China enfrenta un desafío poco común cuando se trata de software y diseño de semiconductores avanzados, componentes que son cada vez más importantes a medida que los vehículos se vuelven más conectados y autónomos. Menos del 5% de los chips automotrices se fabrican en China, según China EV 100, un grupo de expertos. Por ejemplo, los principales actores en los llamados transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) incluyen Infineon Technologies AG y Semikron AG en Alemania y las empresas japonesas Mitsubishi Motors Corp., Fuji Electric Co. y Toshiba Corp. Estos interruptores de alta eficiencia reducen la energía pérdida y mejora de la fiabilidad en los coches eléctricos.

Para los vehículos eléctricos, todavía existe un problema con el rango de práctica. Si bien los vehículos eléctricos más caros pueden viajar 400 millas (640 kilómetros) o más antes de una recarga, los consumidores que consideran modelos más convencionales siguen preocupados por la frecuencia con la que necesitarán recargar. Los fabricantes de automóviles y los gobiernos se han involucrado directamente en el despliegue de la infraestructura de recarga pública, conscientes de la necesidad de disipar los temores de no encontrar una bomba eléctrica sobre la marcha. Países desde China hasta Alemania y Canadá están construyendo estaciones de carga como parte de las medidas de estímulo adoptadas para combatir la recesión económica inducida por el coronavirus.

Se están instalando millones de unidades en carreteras, suburbios y estacionamientos de centros comerciales, pero la distribución es desigual: más de una cuarta parte de todos los conectores públicos en los EE. UU. Se encuentran en un estado, California, y no todos los cargadores son compatibles con todos los vehículos eléctricos. modelo. Se espera que la mayor parte de la recarga se realice en casa, y eso significa otro costo para los consumidores, con un precio promedio de alrededor de $ 1,000 por sistema.

Se prevé que una gran cantidad de innovaciones se trasladen de los laboratorios a las líneas de producción a finales de la década. Sila Nanotechnologies Inc., con sede en California, está agregando silicio a los ánodos de la batería en lugar de grafito para permitir que una sola carga dure al menos un 20% más. Toyota Motor Corp. y las nuevas empresas estadounidenses, incluida QuantumScape Corp., están compitiendo para comercializar baterías de iones de litio de estado sólido, que revisan la arquitectura de una celda para reemplazar los líquidos inflamables que permiten la carga y descarga con cerámica, vidrio o polímeros.

Ese es un avance que, según los defensores, puede impulsar el almacenamiento de energía, reducir los costos, mejorar la seguridad y reducir los tiempos de recarga. CATL está listo para producir una batería de larga duración que dura 16 años y 2 millones de kilómetros (1,24 millones de millas); una garantía de batería típica en la actualidad cubre alrededor de 150.000 millas u ocho años. Eso significa que un solo paquete podría implementarse en varios vehículos o para varias tareas diferentes. A medida que se retiran los primeros automóviles eléctricos, también hay un sector en rápido desarrollo destinado a reutilizar las baterías para tareas menos extenuantes o reciclar los metales que contienen.

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Esta historia se publicó originalmente en bloomberg.com. Léelo aquí.