Cómo la próxima tecnología de batería de Porsche revolucionará los vehículos eléctricos

Jun 05, 2023

Las baterías de estado sólido aún están muy lejos de la producción, pero Porsche está listo para continuar mejorando las baterías basadas en litio.

Los esfuerzos de electrificación de Porsche han sido bien recibidos. El Taycan es uno de los mejores vehículos eléctricos que puedes comprar, especialmente en términos de experiencia de conducción. Al mismo tiempo, su plataforma J1 que Porsche también proporcionó a Audi para el e-tron GT es altamente capaz cuando se trata tanto de cargar a través de su arquitectura de 800 voltios como de ofrecer un rango decente (pero no líder en su clase). Es seguro decir que el primer intento de Porsche de fabricar un vehículo eléctrico ha tenido bastante éxito. Es uno de los vehículos que le dio a los vehículos eléctricos una imagen divertida y dinámica y, en los próximos años, podemos esperar cosas aún más grandiosas de los esfuerzos de electrificación de Porsche.

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Dado que las estaciones de gasolina aún superan en número a las estaciones de carga y, por lo tanto, también están lejos unas de otras, la ansiedad por la autonomía es un fenómeno demasiado real. Eso cambiará en los próximos años a medida que Porsche vea que se realizarán más mejoras con las baterías de iones de litio en asociación con Cellforce Group y Group14 Technologies. Las baterías de iones de litio son un sistema de varios componentes, lo que significa que, si bien la mayoría de estas baterías pueden cumplir con los requisitos actuales de alcance, carga y seguridad, la simple modificación de algunos de los otros ingredientes puede generar mejoras significativas en el rendimiento.

El ánodo, por ejemplo, actualmente está hecho de grafito, pero se está estudiando el silicio como otra alternativa. Al usar silicio, se aumenta la capacidad total de la batería de iones de litio. De hecho, la Dra. Stefanie Edelberg, ingeniera especialista en celdas de batería de Porsche Engineering, dice: "El silicio es de particular interés porque exhibe la segunda mayor capacidad de almacenamiento en términos de peso después del litio, lo que permite celdas con densidades de energía muy altas. Además, es el segundo elemento más común en la corteza terrestre".

Entonces, si usar silicio para el ánodo es tan beneficioso, ¿por qué no se implementa todavía en las baterías? Bueno, el problema radica cuando el silicio absorbe litio, lo que puede aumentar el tamaño de las partículas en un 300 por ciento. Esto provocará una tensión mecánica en el material y el electrodo, lo que reducirá la vida útil de la batería. Por lo tanto, el objetivo principal aquí es que los ánodos usen una alta proporción de silicio, con un objetivo de hasta el 80 por ciento, y esto es en lo que Cellforce Group está trabajando actualmente con Porsche.

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Aparte del silicio en el ánodo, otra tecnología que está ayudando a mejorar el empaque de la batería es lo que se llama tecnología "cell-to-pack". Según el Prof. Maximilian Fichtner, Director del Instituto Helmholtz de Ulm (HIU) y Jefe de la unidad de investigación de Sistemas de Almacenamiento de Energía en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), integra las celdas directamente en el paquete de baterías, lo que elimina los "pequeños piezas de escala en baterías actuales". Tradicionalmente, las celdas del tamaño de una barra de chocolate se conectan individualmente, pero con el método de celda a paquete, las celdas que miden hasta 1,20 metros (3,94 pies) de largo ahora se empaquetan de forma compacta, lo que permite un mayor almacenamiento y una mejor refrigeración en un paquete más pequeño o más denso. Como resultado de todas estas innovaciones a mediano plazo, desde el ánodo de silicio hasta el denso empaque de las celdas de la batería, Fichtner dice que podemos esperar que los futuros Porsche tengan un alcance de 1300 km (807,78 millas) o aumentos en el alcance de alrededor de 30 a 50 por ciento.

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Si bien tener un largo alcance será una gran ayuda para los compradores de vehículos eléctricos, también será beneficioso acelerar la carga para que sea tan rápido como llenar el tanque con gasolina. Markus Gräf, director de operaciones de Cellforce Group, dice que usar silicio como ánodo también puede acelerar la carga del 10 al 80 por ciento en menos de 15 minutos en comparación con la arquitectura de 800 voltios del Taycan actual, que es capaz de hacer lo mismo en 22,5 minutos. Además, el uso de una mayor proporción de níquel para el cátodo permite mayores capacidades de carga. Pero, ¿cuál es el punto de tener una batería que puede aceptar una gran cantidad de energía si el cargador no puede seguir el ritmo, verdad? La futura arquitectura EV de Porsche podrá acomodar más de 500 kW de carga rápida de CC en comparación con los 270 kW de CC ya rápidos del Taycan. Para que el cargador maneje tal energía, las estaciones de carga necesitarán enfriamiento activo en el futuro para que los 500 kW de energía puedan entregarse de manera eficiente y continua a la batería.

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Como era de esperar, como todos los demás fabricantes de vehículos eléctricos, Porsche considera que la batería de estado sólido es el santo grial en el almacenamiento de energía. Los objetivos de Porsche con la tecnología de batería de estado sólido son similares a todos los demás: hacerlo más compacto que las baterías de iones de litio de hoy en día, al mismo tiempo que es más seguro y más denso en energía. Las baterías de estado sólido no utilizan una solución de electrolito líquido. En cambio, utiliza un electrolito de soporte sólido, que es la razón principal de sus grandes esperanzas de ser una forma más segura de tecnología de batería. “El plan para las celdas sólidas es que el clásico separador sea completamente reemplazado por una fina capa de electrolitos sólidos”, explica Edelberg. "El electrolito sólido es a la vez electrolito y separador en uno".

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Para sorpresa de nadie, el desarrollo de baterías de estado sólido aún está lejos de alcanzar el estado de producción en masa, entonces, ¿qué podemos esperar de los vehículos eléctricos de Porsche dentro de un par de años? Las promesas de mayor alcance y tiempos de carga más cortos con el uso de baterías de litio-silicio son impresionantes, que es una tecnología cuya etapa de investigación y desarrollo está más cerca de su objetivo final.

En realidad, la tecnología EV todavía está en su infancia. Si bien hemos avanzado en términos de carga y alcance con la tecnología actual de baterías de iones de litio, aún queda mucho espacio para la innovación. Aparte de Porsche, BMW también está trabajando duro con Solid Power en el desarrollo de baterías de estado sólido. De hecho, ya se han entregado celdas de 20 Ah a BMW para las pruebas iniciales, lo que acerca la tecnología un paso más a la producción en masa. Como referencia, Solid Power está desarrollando tres tipos de baterías de estado sólido: celda EV de silicio, celda EV de metal de litio y celda de reacción de conversión. Cualquiera que sea la empresa que gane la carrera de la tecnología de baterías es una victoria para la industria automotriz en su conjunto. Un gran salto en la tecnología de baterías significa que estamos un paso más cerca de hacer que los vehículos eléctricos sean un verdadero reemplazo para el motor de combustión interna (ICE), que ya está cerca de su pico tecnológico.

Isaac Atienza es un periodista automovilístico filipino que se unió a TopSpeed.com en 2021. También posee un sitio web automovilístico filipino llamado Go Flat Out PH y también es colaborador de un periódico local llamado The Manila Times. Isaac Atienza es un entusiasta de los autos que piensa especialmente que los vagones son el mejor tipo de vehículo, aunque los autos deportivos y cualquier cosa con tres pedales también le hacen cosquillas.