Así han progresado las baterías de los coches eléctricos: 12 veces más autonomía en 100 años

Aunque la cosa va cambiando poco a poco, los coches eléctricos siguen siendo todavía grandes desconocidos para una parte importante de los consumidores. Se mantienen aún tópicos y reticencias sobre ellos, y entre otros, el que tienen poca autonomía y que apenas han evolucionado o mejorado con los años. Sin embargo, ¿qué hay de cierto en tales afirmaciones?

Como punto de partida podemos recordar un artículo previo en el que repasábamos con detalle las diferencias, ventajas e inconvenientes entre dos tipos de coches eléctricos que se postulan como "el coche" del siglo XXI: los coches eléctricos "tal cual", y los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno. En este nuevo artículo nos gustaría repasar brevemente la historia del automóvil, de los coches eléctricos, de las baterías y de su autonomía desde que se tiene constancia de su existencia hasta hoy.

Todo comenzó en el siglo XIX

Un automóvil es, etimológicamente hablando, un vehículo que se mueve por sí mismo, o en otras palabras, un vehículo autopropulsado. Un automóvil está destinado al transporte de mercancías o de personas, y a diferencia del tren no requiere de raíles.

Hoy en día el término que más utilizamos comúnmente es el de coche (o carro, en latinoamérica). Este término no fue más que una actualización del que se venía usando para el vehículo que ya existía anteriormente, y que en lugar de ser autopropulsado requería de la fuerza animal para moverse (nos referimos al coche de caballos, al carro, carromato, etcétera).

La esencia del automóvil es contar con un motor que sustituye a los animales, y que es capaz de producir movimiento a partir del consumo de una determinada energía. Los primeros automóviles contaban con motores de vapor, pero el automóvil o coche por antonomasia que se popularizó durante el siglo XX, y que ha conseguido que haya más de 1.000 millones de automóviles en el mundo, ha sido el que cuenta con motor de combustión interna. Este tipo de motor consume gasolina o gasóleo, y aunque sea menos habitual, también puede consumir gas licuado del petróleo, gas natural o biocarburantes.

En la historia del automóvil se considera que el primer automóvil de motor de combustión interna fue creado por Karl Benz en Alemania a finales de 1885, y patentado en 1886. Era una especie de calesa para dos personas, con tres ruedas, propulsión trasera y una barra para actuar sobre la dirección: se llamaba Benz Patent-Motorwagen. Contaba con un motor trasero de un cilindro y cuatro tiempos que consumía éter de petróleo (también conocido como bencina o nafta, parecido a la gasolina, aunque no es lo mismo, ni hay que confundirlos).

Sin embargo, aunque terminó por triunfar el automóvil de combustión interna, no fue este el único automóvil que desarrolló el ser humano en los comienzos de la automoción. Aunque se habían construido algunas locomotoras eléctricas alrededor de los años 30 del siglo XIX (por ejemplo de Robert Davidson), y podríamos hablar ya de vehículos eléctricos, aunque para moverse sobre raíles, no fue hasta después de los años 60 que se pudieron construir automóviles eléctricos (o sea, coches que no requieren raíles).

Batería de plomo-ácido: los primeros pasos

En 1860 Gaston Planté desarrolló la batería de plomo-ácido que en esencia, y con ciertas mejoras, se sigue utilizando hoy en día. Esta supuso un claro avance con respecto a las pilas de tipo voltaico (de Zinc-Cobre) anteriores.

En 1867 en la exposición mundial de París se presentó un primitivo ciclomotor con motor eléctrico, y en 1881 en la exposición internacional de la electricidad, también de París, se mostró un coche eléctrico de tres ruedas ingeniado por Gustave Trouvé, cinco años antes que el coche de combustión interna de Karl Benz que mencionábamos antes.

Para finales del siglo XIX, coetáneos con los automóviles de combustión interna, Charles Jeantaud, Louis Krieger o Charles Mildé en Europa, y Baker, Detroit, Edison y Studebaker en Estados Unidos, entre otros, construyeron también diferentes automóviles eléctricos hasta principios del siglo XX.

Durante un tiempo los automóviles eléctricos se vendían muy bien, presentando ventajas muy importantes con respecto a los de combustión interna: eran mucho más silenciosos, no generaban humo, eran mucho más fáciles de arrancar (sin tener que utilizar una manivela) y más sencillos y cómodos de conducir (sin caja de cambios).

Es más, fue un coche eléctrico, de diseño peculiar, el que tuvo el honor de ser el primer automóvil en superar los 100 km/h: fue el conocido como La Jamais Contente construido en 1899 en Francia, capaz de llegar a los 105,8 km/h. El inconveniente es que con semejante velocidad la autonomía era de apenas unos pocos kilómetros.

Por aquel entonces, la autonomía que podía tener un coche eléctrico convencional era muy reducida en general, de entre 25 y 50 km. Por ejemplo el Electrobat de 1894, bastante popular en EEUU, tenía hasta 40 km de autonomía. Para recargar las baterías había que emplear entre 8 y 14 horas, según el caso.

Sin embargo también había alguna honrosa excepción, como el Anderson Electric Car de 1911, que gracias a una batería de niquel-hierro de Edison podía llegar a unos sorprendentes 129 km, eso sí, a una velocidad máxima de 32 km/h. Esta batería tenía una densidad energética de unos 30 Wh/l (y una energía específica de unos 20 a 25 Wh/kg)

En cuanto se mercantilizó la producción del petróleo, se popularizó la gasolina y los coches de motor de combustión interna bajaron notablemente de precio, sobre todo gracias a la fabricación en serie que puso en marcha Ford, los coches eléctricos se quedaron rezagados y casi olvidados por completo.

Con las crisis graves, el coche eléctrico resurgía tímidamente

Durante el siglo XX, cuando la humanidad ha tenido que enfrentarse a problemas graves que suponían una excasez de petróleo y por consiguiente de carburantes, como una crisis económica o una guerra, el coche eléctrico resurgía sin hacer demasiado ruido.

Fue así después de la primera guerra mundial. Podemos citar el ejemplo de Francia, que sufrió gran excasez de petróleo, y vió al coche eléctrico como única solución para disponer de vehículos comerciales funcionales que realizaran tareas de reparto y servicios en las ciudades. Se fabricaron miles bajo la marca Sovel, al amparo de la Société des Véhicules Electriques. No eran muy rápidos, ni tampoco tenían mucha autonomía, unos 30 km.

Algo similar volvió a suceder con la segunda guerra mundial. Japón fue esta vez uno de los países con mayores problemas de suministro de petróleo y combustibles. En un país aislado que había perdido la guerra, muy pocos coches de gasolina podían permitirse el lujo de seguir funcionando, y vino al rescate del país el Tama EV, una pequeña furgoneta eléctrica desconocida en occidente, de la que se fabricaron más de 100.000 unidades, ahí es nada, por una compañía que más tarde se integró en la moderna Nissan. Tenía una autonomía de entre 65 y 96 km, pero no corría más que 35 km/h.

En los años 60, en plena Guerra fría y máximas tensiones entre las dos potencias mundiales del momento, EEUU y la URSS, con crisis de misiles de por medio, la Guerra de Vietnam, la carrera espacial y una poco a poco incipiente concienciación medioambiental, se lanzó en 1967 en Estados Unidos el Ford Comuta, un diminuto coche eléctrico que apenas medía más de dos metros de largo, con una autonomía de unos 60 km.

En 1974, en plena primera crisis del petróleo, que había estallado un año antes, se lanzó el Sebring-Vanguard Citicar, un pequeño coche eléctrico de dos plazas, estructura de aluminio y carrocería de plástico. Tenía batería de plomo-ácido y aunque hubo diferentes variantes, llegó a tener una autonomía aproximada de unos 65 km.

Mientras tanto, en esta misma década, en Europa varios fabricantes exploraron también modelos y prototipos eléctricos, como por ejemplo BMW que presentó su primer coche eléctrico en 1972, que sin embargo debía conformarse con una autonomía de tan solo entre 30 y 60 km.

En los años 90, de nuevo con problemas debidos a la crisis económica mundial de 1990 originada por la explosión de la burbuja inmobiliaria de Japón y por la Primera Guerra del Golfo, regresó el coche eléctrico una vez más. Esta vez ntentando solucionar los problemas con el petróleo, a la vez que la mayor preocupación por la contaminación del aire en las ciudades más pobladas, impulsó a algunos gobiernos a legislar a favor de los vehículos de ultra-bajas o cero emisiones.

En California, EEUU, la California Air Resources Board (CARB) estableció para 1998 una cuota mínima obligatoria de coches de cero emisiones locales a los fabricantes de automóviles. Así en 1990 General Motors comenzó a desarrollar un prototipo de coche eléctrico avanzado. En su día se conoció como Impact, aunque cuando se lanzó en 1996 se llamó GM EV1. Era un pequeño coupé biplaza.

Este coche era lo último en tecnología en su época, de construcción ligera y sorprendentemente aerodinámico (coeficiente de tan solo 0,19). Como resultaba un poco caro para aquel entonces, casi el triple que un coche convencional de la época, se optó por no venderlo y en su lugar se alquilaba a largo plazo (mediante una fórmula similar al leasing).

Hubo dos versiones. La primera contaba con la vetusta batería de plomo-ácido que le permitía tener una autonomía de unos 112 a 129 km por carga (70 a 80 millas), mientras que la segunda versión montó al final una batería de níquel e hidruro metálico que le otorgaba mejores prestaciones, y sobre todo, mucha más autonomía para la época: entre 160 y 225 km gracias a una capacidad de 26,4 kWh. En 2003 se retiró del mercado con cierta polémica de por medio.

La batería de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) tenía una densidad energética de algo más de 140 Wh/l, y una energía específica superior a los 60 Wh/kg.

En 2010 se impone la batería de iones de litio

A finales de 2010 se lanzó el que ahora mismo es el coche eléctrico más vendido en el mundo en la historia del automóvil, con más de 220.000 unidades vendidas: el Nissan LEAF. Su primera versión tenía una autonomía combinada homologada en Europa en ciclo NEDC de 175 km gracias a una batería de iones de litio de 24 kWh de capacidad. El Nissan LEAF es un coche como otro cualquiera, de 4,44 m de largo, 5 plazas y 109 CV que puede alcanzar los 145 km/h.

Dos años antes, una compañía norteamericana prácticamente desconocida había lanzado un deportivo eléctrico descapotable de dos plazas, construido a partir de un Lotus Elise. Según versiones, tenía hasta 292 CV (215 kW), una batería de 53 kWh de capacidad y una autonomía de unos 393 km (en ciclo de homologación norteamericano EPA). Era el Tesla Roadster, el primer coche eléctrico que se salía de lo normal, aunque su precio también lo hacía, y que incluso llegaban a desear los más reticentes con la movilidad eléctrica.

Actualmente las baterías de litio, de iones o de polímeros, y con diferentes químicas de ánodo, cátodo y electrolito, se han asentado en el mercado como la mejor opción para los coches eléctricos, debido a que por el momento son las mejores en cuanto a su relación peso/volumen/capacidad/durabilidad/precio. Una batería de iones de litio de aquel tiempo viene a tener una densidad energética de algo más de 250 Wh/l y una energía específica por encima de los 100 Wh/kg.

Otros coches eléctricos de estos años, y de precio más o menos asequible, venían a tener una autonomía muy similar, como los trillizos Mitsubishi i-MiEV, Citroën C-Zero y Peugeot iOn, con 150 km, o el Renault Fluence ZE, con 185 km.

Un poco después llegaron el Renault ZOE con 210 km de autonomía, el BMW i3, con 190 km, o el Volkswagen e-Golf, también con 190 km, o el Kia Soul EV, con 212 km (siempre hablamos de la autonomía combinada homologada en el ciclo europeo NEDC). El mismo Nissan LEAF se actualizó en 2013 para aumentar su autonomía hasta los 199 km, aunque no gracias a una mejora en la batería, sino en la eficiencia del coche (aerodinámica, peso, motor y transmisión).

Tesla Motors volvió a lanzar otro coche eléctrico que se salía de lo normal, el Tesla Model S, una berlina grande premium, de alta potencia y también gran autonomía. Con batería de 85 kWh de capacidad, propulsión trasera y 422 CV homologaba en Europa una autonomía de 502 km (y si tienes curiosidad puedes ver la prueba en vídeo que realizamos en agosto de 2013).

En estos últimos años la evolución en la autonomía de los coches eléctricos parecía que progresaba despacio... pero progresaba, y más que está a punto de progresar. La propia Tesla Motors incorporó una batería de 90 kWh y un sistema de dos motores, uno en cada eje, en lugar de uno solo en el eje trasero, con lo que consiguió más potencia y mejor tracción, a la vez que más eficiencia y más autonomía. El Tesla Model S P90D alcanza una autonomía homologada en Europa de 557 km.

Para 2015 vimos llegar el Renault ZOE con 240 km de autonomía, no por mejorar la batería, sino por mejorar la eficiencia del motor, o el Nissan LEAF con batería con nueva química de 30 kWh, con 250 km de autonomía. Aunque no sea un Tesla, es igualmente muy rápido (y casi seguro tan caro como él): en 2015 también se presentó el nuevo Audi R8 e-tron, con batería de 92 kWh de capacidad y una autonomía de unos 450 km.

En 2016 comienzan los cambios "de verdad"

En 2016 llegó el nuevo Hyundai ioniq eléctrico, con batería de 28 kWh de capacidad, una autonomía homologada (NEDC) de 250 km y una velocidad máxima de 165 km/h. Este mismo año también llegarán antes de fin de año el nuevo BMW i3 con batería de 33 kWh, que homologa 300 km de autonomía combinada, que está siendo un éxito de reservas, y el nuevo Volkswagen e-Golf con batería de 35,8 kWh de capacidad, que también debería llegar a los 300 km de autonomía homologada. Ya se ha anunciado también el nuevo Ford Focus eléctrico, con batería de 33 kWh y unos 255 km de autonomía (cuando antes tenía tan solo 160 km).

No se queda aquí la cosa. Tesla Motors (de nuevo), ha anunciado una nueva mejora para el Tesla Model S: ya se puede reservar también una nueva batería con 100 kWh de capacidad, que hará que en Europa, bajo la homologación del ciclo NEDC, llegue a los 613 km de autonomía combinada. El inconveniente es que disfrutar de tal autonomía requiere de un bolsillo solvente: el Tesla Model S P100D, tiene un precio con impuestos de 155.049,40 euros (127.700 euros + 440 + 21 % de IVA). A cambio acelera de 0 a 100 km/h en tan solo 2,7 segundos (im-presionante) y puede alcanzar los 250 km/h.

Para finales de este año comenzará la producción del Chevrolet Bolt (acá Opel Ampera-e), y para 2017 se empezarán a entregar las primeras unidades. El Chevrolet Bolt es una mezcla de SUV y monovolumen, que promete tener un precio contenido alrededor de los 37.000 euros (al menos como precio base). Cuenta con una batería de 60 kWh de capacidad y una autonomía homologada en Estados Unidos en ciclo EPA de 383 km (238 millas), que debería rondar los 500 km en Europa (recuerda que la forma de medir la autonomía en EEUU y en Europa en sus respectivos ciclos de homologación es diferente).

Al finalizar este mismo año, o ya a comienzos de 2017, se espera que Renault anuncie la puesta al día de la batería del Renault ZOE con una química de mayor densidad energética, al hilo de lo que han hecho ya otros fabricantes como Nissan, BMW o Volkswagen. De esta manera podríamos ver un Renault ZOE con una autonomía que podría rondar los 320 a 375 km, en lugar de los 240 km actuales (aunque por ahora son solo rumores, de ahí el margen de imprecisión, pero podría anunciarse algo en el próximo Salón del automóvil de París, a finales de septiembre). Si no lo hacen se quedarán muy rezagados con respecto a la competencia, que cada vez es mayor.

Terminando 2017 y principios de 2018 llegará el Tesla Model 3, una berlina eléctrica de tamaño medio, con un precio más asequible que Model S, a partir de unos 35.000 euros, que promete tener una autonomía de más de 345 km (EEUU), que deberían ser más de 400 o 450 km en Europa.

Si en 2016, como hemos visto, están llegando baterías con una capacidad de entre 30 y 35 kWh aproximadamente, las baterías de alrededor de 60 kWh serán el estándar en los próximos dos o tres años. Además de la de Chevrolet (y de la futura de Nissan que te explicamos a continuación), Daimler y BYD, que colaboran fabricando coches eléctricos en China, acaban de anunciar de cara 2017 el nuevo Denza 400, un coche eléctrico compacto con batería de 62 kWh y algo más de 400 km de autonomía.

Para 2018 o 2019, Nissan debería lanzar la segunda generación del Nissan LEAF, renovándolo completamente. La marca japonesa ha estado trabajando en una nueva batería de iones de litio, que gracias a una nueva disposición de las celdas y paquetes más compacta, y también gracias a una nueva química con niquel, manganeso, carbono (en el ánodo) y grafito (en el cátodo), conseguirá 60 kWh de capacidad en el mismo volumen en el que hoy se acumulan 30 kWh. Con esta nueva batería estaríamos por encima de los 400 km de autonomía (quizás alrededor de los 500 km) según homologación NEDC.

Para 2020 el Grupo Volkswagen está convencido de poder lanzar al mercado coches eléctricos con unos 600 km de autonomía para varias de su marcas, empezando por Audi. Puesto que Tesla ya lo ha hecho hoy, no parece que ellos no vayan a poder.

Aunque las baterías de litio modernas actuales rondan los 400 Wh/l, las baterías de iones de litio más avanzadas, pero también más caras (y experimentales), tienen una densidad energética de hasta 730 Wh/l y una energía específica de unos 265 Wh/kg. En los laboratorios se sigue trabajando para investigar nuevas baterías que puedan dar todavía más autonomía, como las baterías de estado sólido, o incluso dejar a un lado el litio, como las baterías de metal-aire.

Incluso Toyota, que parece que no hace mucho caso a los coches eléctricos, siendo especialista en coches híbridos y acabando de lanzar un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno como es el Toyota Mirai, no deja de lado la investigación, ya que tal vez, en un futuro algo más lejano, un coche eléctrico podría tener gracias a estas baterías 1.000 km de autonomía.

Hace 100 años los mejores coches eléctricos que la humanidad era capaz de fabricar podían llegar a tener 129 km de autonomía, con una velocidad máxima de 32 km/h y tiempos de recarga de alrededor de 14 horas (aunque lo normal eran autonomías de entre 25 y 50 km). Hoy el coche eléctrico más avanzado del momento llega a los 613 km de autonomía, con una velocidad máxima de 250 km/h y se puede recargar en menos de una hora. ¿De verdad vas a seguir diciendo que los coches eléctricos y su autonomía no han progresado?

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