La clave para una mayor adopción de los vehículos eléctricos (VE) serán modelos de menor coste y precio más asequible. El componente más caro de un VE es la batería. Además de aumentar la densidad energética y reducir el coste de las celdas de la batería, otra vía para reducir costes es un embalaje más eficiente de las celdas. Algunos de los materiales clave del interior de la batería son los materiales de interfaz térmica (TIM), que ayudan a transferir el calor de las celdas al mecanismo de refrigeración (normalmente una placa fría o canales de refrigeración).

Con la tendencia hacia la reducción y eliminación de materiales en las baterías de los vehículos eléctricos, ¿sobrevivirán los TIM? En este artículo se analizan algunos de los métodos de reducción y eliminación de los TIM y la probabilidad de que afecten a la demanda global de TIM en el mercado de los vehículos eléctricos. El informe de IDTechEx «Thermal Management for Electric Vehicles 2025-2035: Materials, Markets, and Technologies» (Gestión térmica para vehículos eléctricos 2025-2035: materiales, mercados y tecnologías), incluye un desglose exhaustivo del mercado de TIM para VE, con un análisis de casos de uso que revela que la intensidad de TIM en los modelos de VE de producción oscila entre 0,14 kg/kWh y 0,005 kg/kWh.

La intensidad de TIM puede variar significativamente entre distintos diseños de baterías. Fuente: IDTechEx

Reducción de la intensidad TIM de célula a paquete

Cell-to-pack (CTP) es la filosofía más comúnmente aceptada cuando se trata de reducir los materiales utilizados en una batería. Al apilar todas las celdas sin módulos individuales, se pueden eliminar o reducir varios materiales, como las carcasas de los módulos y las conexiones entre módulos.

Esto también afecta a los TIM, ya que en lugar de tener TIM dentro y fuera de los módulos, sólo se necesita una capa de TIM directamente entre las celdas y la placa fría. Esto reduce drásticamente la cantidad de TIM por vehículo, y IDTechEx ha encontrado una reducción media de casi el 50%, aunque esto varía significativamente dependiendo del diseño específico de la batería.

La reducción más extrema que IDTechEx ha observado en baterías de automoción a gran escala es el diseño CTP 3.0 de CATL. Éste utiliza canales de refrigerante extensibles que se sitúan entre las celdas y establecen un contacto térmico suficiente con las caras de las celdas sin necesidad de mucho TIM. Sin embargo, se sigue utilizando una cantidad relativamente pequeña de TIM a lo largo de los bordes de estos canales refrigerantes.

Aunque el volumen de TIM necesario disminuye significativamente, estos TIM tienden a desempeñar un papel más estructural y, por tanto, requieren propiedades de adhesión más fuertes (es decir, un adhesivo térmicamente conductor) frente a sus homólogos utilizados en diseños modulares (es decir, un relleno de huecos más gelatinoso).

Los adhesivos termoconductores suelen tener un precio por kilogramo más elevado que los rellenadores de huecos y, por tanto, parte del valor perdido por la reducción de material puede recuperarse gracias a los precios más elevados de los materiales.

Enfoques de refrigeración alternativos para eliminar los TIM
Además de la reducción de material, hay diseños de baterías que pueden eliminar por completo los TIM. Xerotech (un fabricante de baterías con sede en Irlanda) utiliza canales refrigerantes entre las celdas cilíndricas que están hechos de un polímero en lugar del típico aluminio. Estos canales pueden expandirse para rellenar los huecos entre las celdas, formando un buen contacto térmico con ellas.

El proveedor austriaco de componentes Miba ha diseñado un producto llamado FLEXCooler que sustituye las placas frías y los TIM por un canal de refrigeración flexible que se expande para rellenar el espacio alrededor de las celdas. Afirma que reduce el uso de materias primas en un 80% en comparación con las placas de refrigeración de aluminio tradicionales.

La refrigeración por inmersión es otra vía para eliminar los TIM, ya que elimina las placas frías y sumerge directamente las células en un refrigerante dieléctrico. Esto proporciona una excelente homogeneidad térmica en las celdas de la batería y el pack. Sin embargo, conlleva sus propios retos en cuanto a sellado de fluidos, selección de bombas y complejidad añadida. Por estas razones, la refrigeración por inmersión se ha reservado en gran medida para las baterías de alto rendimiento y alta densidad energética, y IDTechEx prevé que seguirá siendo el principal caso de uso.

Perspectivas

Cuanto mayor sea la adopción de baterías célula a célula, más generalizada será la tendencia a empaquetar las baterías de forma eficiente, y los diseños sin TIM experimentarán una reducción del contenido medio de TIM por paquete de baterías para VE. Sin embargo, todavía hay una gran variedad de diseños de baterías en el mercado, y la mayoría utilizan una cantidad significativa de TIM. Incluso con la reducción del contenido medio de TIM, el creciente mercado de los vehículos eléctricos hará que aumente la demanda de estos materiales.

IDTechEx prevé que la demanda de TIM se multiplique por 4,2 en 2035 en comparación con 2023 para abastecer al mercado de vehículos eléctricos en vehículos de carretera como coches, furgonetas, camiones, autobuses, vehículos de dos ruedas, vehículos de tres ruedas y microcoches.

Autor: Dr. James Edmondson, Director de Investigación de IDTechEx