¿Qué ocurre con la batería de un vehículo eléctrico al final de su vida útil?

A partir de ahora, este sistema de evaluación rápida se utilizará como medio de diagnóstico inicial en el proceso de reciclaje de baterías en la planta piloto que Volkswagen Group Components tiene en funcionamiento en Salzgitter desde principios de año.

Dependiendo de la capacidad que detecte el software de diagnosis, una batería de alto voltaje puede ser reutilizada en un vehículo en su totalidad o en parte, recibir una segunda vida como sistema de almacenamiento de energía móvil o estacionaria, o se puede proceder a la recuperación de los materiales empleados en su fabricación para la producción de células de batería nuevas mediante un innovador proceso de reciclaje.

La primera versión del software BattMAN (Battery Monitoring Analysis Necessity) fue desarrollado por el departamento de gestión de calidad de Audi Bruselas para el análisis rápido y fiable de la batería de alto voltaje del Audi e-tron. Desde entonces se utiliza como herramienta de diagnóstico para varias marcas del grupo Volkswagen.

Según explica Axel Vanden Branden, ingeniero de calidad de Audi Bruselas, explica «somos capaces de medir todos los parámetros más importantes de una célula de batería. A continuación, un sistema de semáforo indica el estado individual de cada una de las células de las que está compuesta la batería: el color verde significa que está en buen estado; el amarillo, que requiere una inspección más detallada; y el rojo, que la célula está fuera de servicio».

Esto permite al usuario determinar el estado general de salud de la batería. Ahora hay tres opciones.

La primera es el proceso denominado remanufacturación, o por el que la batería, debido a su buen o muy buen estado de salud, puede ser reprocesada para su posterior uso como pieza de recambio para los vehículos eléctricos, siempre tras ser sometida a un trabajo de reparación que refleje su valor actual en el mercado. Actualmente se están revisando y preparando varios conceptos relacionados con este proceso.

En la segunda opción, una batería es apta para ser utilizada como batería de «segunda vida» cuando tiene un estado entre medio y bueno, lo que permitirá su uso continuado fuera de un vehículo eléctrico durante años. Esto podría ser en una estación de carga rápida flexible, un robot de carga móvil, un sistema de transporte sin conductor o una carretilla elevadora, así como en un sistema de almacenamiento doméstico o de energía de reserva de emergencia.

La tercera opción implica un reciclaje eficiente en la planta de Volkswagen Group Components en Salzgitter, donde los procesos mecánicos desmontan sólo las baterías ya al final de su vida útil para recuperar materiales como aluminio, cobre, plásticos y «polvo negro». Este último contiene valiosos componentes como litio, níquel, manganeso, cobalto y grafito, que son separados por socios especializados utilizando medios hidrometalúrgicos, antes de ser procesados de nuevo en un material catódico.

Frank Blome, responsable de células y sistemas de baterías en Volkswagen Group Components, afirma que se sabe ya que «los materiales reciclados de las baterías son tan eficaces como los nuevos. Estos materiales se utilizarán para abastecer nuestras actividades de producción de células de batería en el futuro».

Una batería está formada por grupos de celdas conectadas en serie, como si fuera un enjambre de minibaterías, que trabajan en conjunto para almacenar la energía necesaria para mover el vehículo.

Con la tecnología de iones de litio, la estructura de celdas siempre es similar, independientemente de si se trata de un teléfono móvil o de una batería de un coche eléctrico. Siempre hay dos láminas de metal, como el cobre y el aluminio. Entre las láminas de metal están los dos polos con el cátodo y el ánodo, entre los cuales tiene lugar la reacción eléctrica. Para la reacción se requiere un metal reactivo como el litio. El mayor factor de coste es la composición del cátodo, es decir, el polo positivo de la batería. Se compone de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto. El ánodo está hecho de polvo de grafito, litio, electrolitos y un separador.

Andreas Hintennach, director de investigación de celdas de batería en Daimler, asegura que «el silicio reemplazará en gran medida al polvo de grafito en el futuro. Esto nos permitirá aumentar la densidad de energía de las baterías en aproximadamente un 20 o un 25 %. El silicio nos permite usar materiales en el lado del cátodo que no son compatibles con el grafito que se usa actualmente. Imagine dos vasos». Si desea verter agua de uno a otro, el segundo debe tener al menos el mismo tamaño para que no se desborde. Del mismo modo, el ánodo y el cátodo deberían armonizarse, «lo que llamamos equilibrio. El silicio también se usa para mejorar la velocidad de carga».

Una de las estrategias actuales consiste en reemplazar el cobalto con otros materiales menos críticos, y en este sentido avanzan las investigaciones de Daimler. «Lo estamos investigando ya que con la generación actual de celdas de batería ya hemos podido reducir la proporción de cobalto en el material activo (níquel, manganeso, cobalto y litio) de alrededor de un tercio a menos del 20 %. En el laboratorio actualmente estamos trabajando con menos del 10 % y esta proporción se reducirá aún más en el futuro. Desde una perspectiva química, hay muchos argumentos para abstenerse por completo del cobalto. Cuanto más se reduce la mezcla de materiales, más fácil y más eficiente es reciclar. La energía requerida para la producción química también se reduce porque la mezcla es más fácil de producir».

Otra alternativa es la batería de litio/azufre. El azufre es un producto de desecho industrial casi sin coste, muy puro y puede reciclarse fácilmente. Presenta desafíos significativos con respecto a la densidad de energía, pero también tiene un eco-equilibrio inigualable. Sin embargo, pueden pasar años hasta que esta tecnología esté disponible para turismos.

En cuanto a las posibles alternativas a las baterías actuales, Andreas Hintennach asegura que «incluso hay tecnologías que son superiores a la batería de iones de litio. Entre ellas se encuentra la batería de estado sólido. La tecnología tiene un ciclo de vida muy largo y tampoco incluye cobalto, níquel o manganeso. Sin embargo, su densidad de energía es menor, lo que la hace relativamente grande y lenta de cargar. Por eso es bueno para vehículos comerciales, pero no para turismos. La batería de iones de litio estará con nosotros durante los próximos años».

El litio-azufre es una posible alternativa. Reemplazar el níquel y el cobalto de las baterías actuales con azufre aumentaría significativamente la sostenibilidad. La densidad de energía también tiene mucho potencial, pero la vida útil aún no es lo suficientemente larga y tomará un tiempo hasta que haya un avance en esta área. «En las baterías de litio-aire, en realidad solo hay litio», asegura. El resto, el oxígeno, simplemente proviene del aire. «Químicamente es un concepto similar al que tiene la pila de combustible, donde estamos usando hidrógeno. La densidad de energía sería sobresaliente, pero esta tecnología todavía está muy lejos de convertirse en una realidad».