Es como esperar el autobús. Espera y espera y a continuación vienen dos a la vez. Alternativas a las baterías de tracción de plomo-ácido, tóxicas y de corta duración, con su rendimiento indiferente, se han solicitado durante más de 100 años. Ahora las baterías de litio-ión y los supercondensadores están cerca de sustituir a las baterías de tracción de plomo ácido en las aplicaciones de tracción en las que muchas se siguen utilizando.

Popularidad del plomo
Las baterías de tracción de plomo-ácido son las favoritas para los vehículos comerciales ligeros, carros de golf, barcas de recreo, vehículos de manipulación de materiales como carretillas elevadoras, equipamiento de apoyo en tierra en aeropuertos (GSE), bicicletas eléctricas y vehículos de movilidad para personas con discapacidad. Se han buscado mejores alternativas desde hace veinte años y ahora, como esperando un autobús, vienen dos juntas. Se trata de las baterías litio-ion y los supercondensadores, es decir, ultracondensadores.

Beneficios diversos
En realidad, estos vehículos no forman un grupo coherente en lo que respecta a sus necesidades de almacenamiento de energía de tracción. Es cierto que todos ellos toleran un alcance limitado. La gente todavía los compra aunque su alcance es de sólo 5 a 20 millas. Sin embargo, el peso de la batería de plomo ácido en un coche de golf, barca de recreo, GSE y los vehículos de gran movilidad, mantiene el centro de gravedad bajo, para que no se caiga: con vehículos terrestres el peso también puede ayudar al agarre en la carretera.

Cuando el peso es un dolor de cabeza
En contraste, para las bicicletas eléctricas y los vehículos de movilidad pequeña,  que se pueden guardar en un coche o en su casa: el peso es, literalmente, un dolor de cabeza. La mayoría de las bicicletas eléctricas, son compradas por personas que viven en apartamentos y quieren guardar la bicicleta o al menos la batería en el apartamento durante la noche para recargarla y evitar el robo. La mayoría de los diseños de bicicletas eléctricas montan la batería en una maleta elevada o en medio del cuadro donde en realidad, el peso las hace muy pesadas. Una chispa brillante en una reciente reunión de la British Electric Bike Association en las Cámaras del Parlamento se refiere a esto como  “Un ladrillo en una mariposa”.

Los impedimentos del plomo
Las diferentes razones para querer deshacerse de baterías de plomo ácido de tracción son las molestias de tener tres juegos de estas para una carretilla elevadora , una está en uso, otra en recarga y otra enfriándose. Luego está la manipulación del ácido, la corta vida, el contaminante plomo -a pesar de que el reciclaje es muy completo— y la pobre energía y  densidad de potencia que las hace enormes, desperdiciando espacio en el vehículo que se necesita para otras cosas. Distintos vehículos presentan estos problemas en diferente grado. Por ejemplo, una ayuda a la movilidad para personas con discapacidad puede causar una grave crisis si se está desactivada por quedarse sin energía eléctrica por un fallo o descarga.

Las motocicletas necesitan cargadores a bordo
Las motocicletas eléctricas incluyendo las bicicletas convertidas a energía eléctrica, parcial o totalmente, y las scooters eléctricas donde los pies del conductor están en una plataforma, sin pedales. En estos casos, algo más pequeño que la batería de plomo ácido libera espacio y peso para la comodidad de un cargador de a bordo, algo que ya se da por sentado en todos los vehículos de movilidad. Un cargador a bordo reduce la ansiedad de la autonomía, ya que somos mucho más propensos a poder cargar en el camino y al llegar al destino, si todo lo que se necesita es una toma de corriente doméstica. Por otra parte, GSE se está usando intensamente estos días, se comparten entre las compañías aéreas en muchos casos, y la potencia extra, por ejemplo, para tirar de una gama más amplia de aeronaves y la autonomía extra, expresada en menor frecuencia de tiempo de recarga, es decir, la inactividad, son de interés. La fiabilidad también es cada vez más importante.

Tolerancia a paradas y arranques frecuentes
Por otra parte, muchos de los vehículos comerciales deben de tolerar una alta tasa de parada y arranque. A partir de ahora, la mayoría de los coches convencionales y vehículos comerciales automáticamente apagan el motor cuando se detienen por cualquier motivo. Algunos de los llamados excesivamente vehículos micro-híbridos son realmente vehículos eléctricos en los que la potencia regenerada, empuja brevemente las ruedas, no más que la función de arranque de la batería. Aquí, la batería de plomo se usa frecuentemente, pero lucha con las bajas temperaturas y duros ciclos de rutina.

Tolerancia a altas corrientes
Las estaciones de recarga rápida deben conectarse a baterías más tolerantes o las baterías se estropearán o destruirán por la chispa. Los nuevos amortiguadores de shock  en la recolección de energía que se están probando en los vehículos comerciales y militares también pueden bombear kilovatios repentinamente, y las baterías de plomo ácido, por lo general, no pueden soportarlo. Se está pasando a motores de tracción de corriente alterna más fiables y más económicos, y por lo tanto también al frenado regenerativo sin equipamiento extra de baterías de encendido. Esto da paso a la sustitución por simple reemplazamiento.

Sustitución ocasional de plomo ácido
Físicamente, será posible tener un reemplazo por simple sustitución de las baterías de litio-ion para vehículos de movilidad, pero luego serán inestables en la mayoría de los casos y puede ser necesaria una mayor distancia entre ejes u otras estabilizaciones. Las excepciones serán las sillas de ruedas eléctricas,  y aquellas scooters muy ligeras y plegables o desmontables de 3 y 4 ruedas que se ajustan incluso a vehículos pequeños. Los otros necesitarán rediseñarse, por ejemplo, con una distancia entre ejes más amplia o  acero o, irónicamente, con la ponderación de plomo.

Rápida adopción de litio-ión para bicicletas eléctricas fuera de China
El contraste en motos se mostró en la reunión BEBA en una veintena de motos eléctricas, todas personalizadas con baterías de litio-ión. Esto ilustra cómo, fuera del principal mercado de China, donde el precio y la fiabilidad son los criterios dominantes, la opción del litio está copando rápidamente el 100% de los negocios.

Reemplazo de sustitución estandarizado
De hecho los reemplazos de plomo ácido han llegado. K2 Energy Solutions (K2), una compañía de tecnología de Nevada (USA), fabricando y vendiendo baterías recargables, paquetes y sistemas, ha presentado una batería adicional que amplía su liderazgo de mercado en las familias de litio-ión y fosfato de hierro litio (LFP).

Conocido como K2B24V10EB, la última batería recargable LFP de K2  tiene 24 V 9,6 Ah, convirtiéndola en un reemplazo para los compradores de plomo-ácido que buscan una solución algo más ligero, más fuerte y más robusta que permite mayores tiempos de funcionamiento. Se ha desarrollado para sillas de ruedas eléctricas, dispositivos de asistencia a la movilidad y otras aplicaciones usadas en la actualidad con plomo acido por lo general en una motocicleta estándar o en algunos tipos de coche, o carritos de golf, por ejemplo. Pesa 5,5 libras (2,5 kg) y los puntos de venta, promocionan que no contiene metales pesados, caros y peligrosos ó productos químicos peligrosos típicos de otros productos, por lo que es una batería más respetuosa con el medio ambiente. Los resultados muestran que, si se utilizan adecuadamente, las baterías se recargan más rápidamente y duran de tres a cinco veces más que las baterías convencionales, y mantienen su carga, incluso después de haber sido almacenadas durante largos periodos de tiempo.

Supercondensadores
Si la floreciente escena de litio-ión no es suficiente para que la gente del plomo-ácido, se preocupe, deberían tener en cuenta los supercondensadores, conocidos como ultracondensadores por los que los utilizan a través de baterías eléctricas en buses. Los supercondensadores ayudan con la rápida carga y descarga de las baterías de litio-ion en particular, pero no han almacenado suficiente energía por unidad de volumen o peso, o incluso almacenarlo el tiempo suficiente, para incidir en las baterías de tracción por sí solas. La única excepción han sido compañías como Sinautec, integrando bobinas de carga cada pocas millas a lo largo de una ruta de autobús, por lo que el autobús puede funcionar por sí solo con supercondensadores más fiables y de más duración. Eso nunca se ha generalizado, al menos debido al gran coste de la excavación de las carreteras.

Sin embargo, los supercondensadores se han mejorando rápidamente. Tienden a no tener materiales tóxicos o materiales sujetos a aumentos de precios, como el cobalto en la mayoría de las baterías de tracción de litio-ión utilizadas en la actualidad, y duplicando la vida de las baterías de litio-ión y triplicando la vida de las baterías de plomo-ácido. Su previa rápida auto descarga y pobre densidad de energía han mejorado. Muchas nuevas aplicaciones se abren a cada paso del camino, tales como cámaras de teléfonos móviles con flash de larga distancia.

Ahora las baterías de plomo ácido de tracción están en el punto de mira.
Los investigadores de la Universidad de Texas en la escuela de ingeniería de Austin Cockrell han sintetizado un nuevo carbono supercondensador con una red tridimensional continua con paredes muy curvadas de grosor de átomo que forman principalmente poros de 0,6-5 nm de ancho. Las células supercondensadoras construidas con este material dan altos valores de capacitancia gravimétrica y densidad de energía con electrólitos líquidos orgánicos e iónicos.

Esta densidad de energía se aproxima a la densidad de energía de las baterías de plomo-ácido, mientras que conserva la característica de alimentación de alta densidad de supercondensadores. Los procesos son fácilmente escalables a nivel industrial, en la ciencia de los materiales y en la ingeniería mecánica, según el profesor Rodney S. Ruoff.

Actualización integral

Lo último en supercondensadores, baterías de litio-ión y baterías de plomo ácido en uso en todo tipo de vehículos eléctricos se cubrirá intensamente en la próxima Electric Vehicles Land Sea Air en Stuttgart, Alemania, los próximos 28 y 29 de junio.
Incluso habrá presentaciones de los líderes en desarrollo de supercabatteries líder, también conocidos como condensadores electroquímicos de doble capa asimétrica que combinan las características de litio-ión y supercondensadores,  y gran número de fabricantes de vehículos de agua, tierra y aire, que emplean de diversas maneras las baterías de plomo ácido y las baterías de litio-ion y diversas formas de pila de combustible para la energía de tracción. El énfasis está en lo que viene después y el alcance del evento es global.

Autor: Dr. Peter Harrop, Presidente, IDTechEx

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