Por mucho que traten de convencernos de que a partir del año 2035, todos llevaremos coches eléctricos, lo cierto es que la tecnología que ha permitido que podamos ver vehículos a batería por nuestras calles está todavía en una fase de desarrollo muy temprana. Hoy por hoy, los fabricantes de automóviles siguen invirtiendo ingentes cantidades de dinero para dar con materiales y técnicas que permitan superar los principales problemas que se plantean.
El motor de combustión tiene más de 150 años de historia. Ese tiempo es lo que permitió a fabricantes de todo el globo dar con una serie de fórmulas para perfeccionar la manufactura de sus vehículos hasta llegar a lo que tenemos hoy. Algunas ideas fueron un acierto y otras un fracaso que supusieron el fin de muchas fábricas.
Ese mismo reto es el que tienen hoy por delante todas las marcas que quieren vender coches eléctricos, aunque tienen en su contra un temporizador controlado por una serie de políticos que poco saben de ingeniería.
A lo largo de estas líneas vamos a explicarte qué materiales se usan a día de hoy para fabricar coches eléctricos. Y, aunque en el momento en el que se publique este artículo será una lectura bastante interesante, no nos cabe la menor duda de que lo será mucho más dentro de unas décadas. Es decir, cuando podamos mirar hacia atrás y ver con perspectiva cómo todos estos materiales, procesos y técnicas se han quedado obsoletos gracias a la investigación y a la colaboración de los mejores ingenieros del mundo.
Materiales para las baterías de los coches eléctricosLitioCobaltoGrafito naturalNíquelManganesoMotoresCobreNeodimioBoroDisprosioPraseodimioMateriales empleados en la carrocería y chasis de los coches eléctricosAluminioAcero, Magnesio y materiales compuestos
Materiales para las baterías de los coches eléctricos
La batería del coche eléctrico plantea muchos retos que los fabricantes van a tener que resolver durante los próximos años
En el momento actual, fabricar baterías para coches eléctricos no es especialmente barato, debido a que se usan materiales que tienen cierta dificultad para ser extraídos, o concentrados en muy pocos países que limitan su acceso.
Entre los componentes principales que se usan en las baterías de los coches eléctricos, podemos destacar los siguientes:
Litio
Comenzaremos por el más conocido por todos nosotros. Este metal alcalino es, precisamente, el que le da nombre a las baterías de iones que utilizamos para los coches eléctricos.
Aunque existen varios componentes que se pueden utilizar para fabricar baterías, el litio se ha convertido en el más interesante. Su baja densidad y alto potencial electroquímico lo convierten en el metal ideal para el almacenamiento de energía en baterías.
Entre los países en los que se extrae este metal, se encuentran Australia, Chile y China. Sin embargo, la mitad de las reservas de todo el planeta se encuentran en lo que se conoce como el «triángulo del litio», una zona de Sudamérica que abarca partes de Argentina, Bolivia y Chile.
El principal problema de la extracción de litio es la desertificación. El litio se encuentra en disoluciones salinas que se encuentran a baja profundidad. Lo que se hace es extraer ese agua y dejar que se evapore. Partiendo de la base de que estas reservas suelen estar ya en zonas áridas, el problema ambiental que se plantea es que el alto «consumo» de agua solo hará que el desierto se vuelva aún más árido si cabe.
Cobalto
Mucho más polémico es el cobalto, que es un componente crucial en las baterías de litio, pues funciona como estabilizador y es clave para que las baterías puedan tener una vida útil considerable.
El problema con el cobalto está en la extracción, y es que el 70% de este mineral está en la República Democrática del Congo. El trabajo infantil y las violaciones de los derechos humanos han propiciado que los fabricantes de vehículos estén tratando de reducir la dependencia de esta materia prima, aunque, por lo pronto, es un elemento complicado de reemplazar por completo.
Grafito natural
El grafito natural es otro componente habitual en las baterías de iones de litio, utilizado en el ánodo de las mismas. Su estructura en capas permite el movimiento eficiente de los iones de litio, mejorando el rendimiento y la vida útil de la batería.
La producción mundial de grafito natural está controlada por China, que suministra aproximadamente un 80% del volumen. La concentración tan fuerte por parte del gigante asiático ha planteado debates. Ante una guerra comercial con China, fabricantes del resto del mundo podrían ver cómo se les corta el suministro de esta materia.
Si bien es cierto que el grafito natural se puede sustituir por grafito sintético, el natural rinde mejor y es el preferido por los fabricantes de coches. El procesamiento del mineral también tiene su polémica. Para purificarlo se usan ácidos que pueden llegar a tener un impacto ambiental significativo.
Níquel
Uno de los puntos débiles más destacados del coche eléctrico es la autonomía. Justo aquí es donde el níquel cobra vital importancia, pues sirve precisamente para aumentar la densidad energética de las baterías de iones de litio.
Este metal está relativamente bien distribuido por todo el planeta, siendo Indonesia el mayor productor mundial, seguido por Filipinas y Rusia. En culquier caso, la extracción de níquel en Indonesia ha sido criticada por su alto impacto ambiental, y no es para menos. La minería a cielo abierto y el procesamiento del producto pueden causar deforestación, así como contaminación del agua si no se gestiona adecuadamente.
Manganeso
Es otro estabilizador que se usa en las baterías, aunque mucho más asequible y menos problemático que el cobalto del que hablábamos hace unos instantes. Es un producto abundante, su producción no está tan concentrada y su precio no está tan expuesto a la especulación.
Para sustituir parcialmente al cobalto, el manganeso requiere una pureza muy alta, lo que aumenta un poco más el coste y también incrementa el impacto ambiental.
Motores
Motor de imanes permanentes del Tesla Model 3
Un motor eléctrico tiene poco o nada que ver con uno de combustión. El hierro o el aluminio de bloques y culatas se pueden llegar a utilizar, pero en mucha menor medida. En los eléctricos, lo habitual es hablar de cobre y de materiales magnéticos. Estos últimos, también tienen sus complicaciones, por lo que los fabricantes siguen investigando sustitutos más económicos y fáciles de conseguir.
Cobre
Como en la mayoría de motores eléctricos, el cobre es un metal fundamental, debido a su excelente conductividad eléctrica. El cobre se usa en los bobinados del motor, donde la corriente eléctrica fluye para crear campos magnéticos. Además, es un metal resistente a la corrosión, así como también es bastante fácil de trabajar por su gran maleabilidad.
En un motor eléctrico, no nos interesa perder energía por la resistencia, y ahí es donde el cobre cumple a la perfección. La extracción de este metal no suele plantear problemas que no conozcamos ya, aunque sí se especula con la posibilidad de que se lleguen a producir problemas de suministro en el futuro, debido a que la demanda de este metal está aumentando significativamente —y a que el coche eléctrico utiliza el triple de cobre que uno de combustión—.
Neodimio
Gracias al neodimio, tenemos motores síncronos muy eficientes
No todos los coches eléctricos usan motores síncronos de imanes permanentes. Sin embargo, muchos fabricantes se han decantado por estos propulsores porque son los más eficientes, lo que se traduce en mayor número de kilómetros recorridos por carga.
El neodimio es un elemento que se incluye en las «tierras raras», y se usa para fabricar los imanes. Permite crear campos magnéticos más intensos, ocupando menos espacio y haciendo motores mucho menos pesados.
Sin embargo, no todo son buenas noticias. Todas las tierras raras están siempre envueltas en polémicas, y el neodimio no es para menos. Las minas están muy concentradas en China, lo que plantea un futuro bastante preocupante a nivel de suministros en caso de que se produzcan tensiones geopolíticas.
Boro
Se usa también para fabricar motores de imanes permanentes de neodimio-hierro-boro (NdFeB), aunque en una proporción más baja que el propio neodimio. Este semiconductor sirve principalmente para mejorar la estructura cristalina de los imanes, y aumenta la temperatura de Curie del material magnético.
El único problema que tiene el boro es que tratarlo para alcanzar la pureza correcta requiere tecnología muy avanzada. Por lo demás, se trata de una materia bastante abundante.
Disprosio
En los motores de los coches eléctricos vamos a encontrar multitud de «tierras raras»
De vuelta con las tierras raras, el disprosio se añade también a los imanes de neodimio para mejorar su rendimiento a altas temperaturas.
El motor de un coche eléctrico va a calentarse con el uso, por lo que resulta muy importante que el conjunto pueda operar en buenas condiciones en un rango amplio de temperaturas. El disprosio lo consigue aumentando la resistencia a la desmagnetización a altas temperaturas.
A estas alturas, no te sorprenderá saber que en este párrafo es donde te vamos a contar las malas noticias. Y estás completamente en lo cierto. El disprosio es todavía más escaso que el neodimio, lo que plantea un problema de suministros bastante serio para el futuro. Se están estudiando seriamente materiales para sustituirlo.
Praseodimio
Pese a no ser tan conocido, el praseodimio es otro componente la mar de interesante
Como sustituto del disprosio, también se puede utilizar praseodimio, otro elemento de las tierras raras que sirve también para mejorar la resistencia térmica de los imanes.
Este lantánido tiene propiedades similares a las que hemos comentado en el epígrafe del disprosio, con la ventaja de que es un elemento más abundante en nuestro planeta. Cierto es que se suele encontrar muy disperso y en bajas concentraciones.
Materiales empleados en la carrocería y chasis de los coches eléctricos
Tesla ha tenido que experimentar con nuevos procesos para sacar adelante muchos de sus coches
El motor de un coche convencional suele ser bastante pesado. Sin embargo, las baterías de los coches eléctricos suponen otro reto para los ingenieros, pues ocupan mucho espacio y son incluso más pesadas. Este es el motivo por el que se busca reducir el peso de chasis y carrocería con materiales más livianos, aunque más caros.
Aluminio
Las aleaciones de aluminio se han empleado en muchas ocasiones en coches de alta gama para reducir el peso de determinados elementos. Sin embargo, con el coche eléctrico, hay fabricantes que se deciden por hacer toda la carrocería en aluminio, pues es la fórmula perfecta para ganar eficiencia y autonomía.
El aluminio es un omnipresente en el coche eléctrico, formando parte de chasis, paneles de la carrocería e incluso en el soporte que sostiene las propias baterías. El uso de este metal ha forzado a fabricantes como Tesla a tener que implementar nuevas técnicas para la manufactura segura del aluminio, como la fundición a alta presión. Y es que, la poca experiencia de la industria con estos materiales fuerza a los fabricantes a tener que usar técnicas más caras para garantizar que se producen piezas de calidad.
Acero, Magnesio y materiales compuestos
Los aceros se siguen usando para el coche eléctrico, especialmente en áreas críticas para aportar rigidez estructural. Por norma general, se usa acero de alta resistencia (AHSS) y acero de ultra-alta resistencia (UHSS).
El magnesio también tiene sus aplicaciones específicas, y se usa en zonas que requieren mucha resistencia, pero que requieren un peso bajo.
Con la idea de reducir kilos, tampoco es extraño encontrar fibra de carbono en los coches eléctricos de alta gama, pues es uno de los materiales más resistentes que se usan cuando hay que quitarle trabajo a la báscula. Materiales compuestos como la fibra de carbono y los plásticos reforzados con fibra, ofrecen buena resistencia a los impactos, y también se pueden usar para sustituir plásticos y materiales más pesados. Eso sí, la fibra de carbono es complicada de fabricar a gran escala, por lo que no es de esperar que se acabe utilizando en vehiculos eléctricos más asequibles.
Ahora que ya conoces toda esta información, si quieres abrir todavía más el melón y conocer el impacto ambiental de estos vehículos con más detalle, echa un ojo a esta entrada en la que explicamos cuáles son las desventajas para el medio ambiente de los coches eléctricos. Puede ser interesante que conozcas esa información antes de comprar un coche eléctrico.
El artículo Todos los minerales y metales que se necesitan para los coches eléctricos y sus baterías fue publicado originalmente en Urban Tecno.
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