El aumento del precio del níquel podría acelerar el uso de las baterías de hierro

Del mismo modo, existe una sorprendente variedad de recetas de baterías de iones de litio cuyo elemento común son los iones de litio cargados positivamente que transitan entre el ánodo y el cátodo. Una variante concreta, la pila de fosfato de hierro, está preparada para una adopción significativamente mayor en los próximos años por varias razones, entre ellas el repentino aumento del precio del níquel.

Las baterías electroquímicas se componen de un grupo de celdas que pueden conectarse en paralelo o en serie, según la tensión total y las necesidades de energía.

Cada célula tiene cuatro componentes principales: los electrodos positivo y negativo, conocidos como ánodo y cátodo, un separador poroso y el electrolito. El separador evita que el ánodo y el cátodo entren en contacto, lo que puede provocar un incendio, mientras que el electrolito proporciona el medio para que fluyan los iones con carga positiva.

En la última década, la mayoría de los fabricantes de automóviles se han decantado por el uso de una mezcla rica en níquel para recubrir los cátodos porque el níquel proporciona una de las mayores capacidades de almacenamiento de energía que se han encontrado. El níquel se ha utilizado ampliamente en las baterías durante décadas, desde las de níquel-cadmio y posteriormente las de níquel-hidruro metálico. Hoy en día, la mayoría de las celdas de alto rendimiento para vehículos eléctricos utilizan níquel-manganeso-cobalto (NMC), y el níquel representa el 80% de la mezcla. Tesla TSLA -5,1% utiliza principalmente níquel-cobalto-aluminio con el mismo 80% de níquel. Las nuevas células Ultium de GM utilizan en realidad una mezcla de los dos con níquel-manganeso-cobalto-aluminio.

Dado que el níquel representa el 40% o más del coste de una célula rica en níquel, cualquier volatilidad en el precio del metal puede provocar una importante presión sobre los precios de las baterías.

La semana pasada, la guerra en Ucrania y las sanciones a Rusia coincidieron con un repunte de los precios del níquel, que pasaron de unos 25.000 dólares por tonelada a 100.000 dólares por tonelada antes de que se interrumpiera su comercialización. Sin duda, esto ha llevado a algunos fabricantes de automóviles a reflexionar sobre su estrategia de baterías para los vehículos eléctricos.

Cuando GM estaba desarrollando la primera generación del Chevrolet Volt, la elección de la química de las celdas se redujo a óxido de manganeso y fosfato de hierro (LFP). La LFP tiene algunas ventajas significativas y un notable inconveniente, por lo que nunca llegó a adoptarse para los vehículos eléctricos en Norteamérica.

El principal inconveniente es que el LFP tiene una densidad energética entre un 30 y un 40% menor que los productos químicos ricos en níquel. En Norteamérica, donde las poblaciones están dispersas y los conductores piensan que necesitan muchos cientos de kilómetros de autonomía, esto limitó el mercado del LFP. Pero en China, donde el coste es más importante que la autonomía, muchos de los vehículos eléctricos básicos utilizan células de LFP, incluido Tesla. Tesla comenzó a utilizar LFP para la versión de gama estándar del Modelo 3 en China en 2020 y en otoño de 2021 se hizo global con ese enfoque.

Mientras que las celdas ricas en níquel generalmente pueden soportar unos 700-800 ciclos de carga con una gestión adecuada, las LFP pueden pasar fácilmente por miles de ciclos con una degradación mínima. Además, las células de LFP son extremadamente estables y resistentes al desbordamiento térmico. Tanto el hierro como el fósforo están disponibles en todo el mundo y son baratos, lo que los hace muy atractivos para una cadena de suministro localizada.

El año pasado, cuando muchos de los fabricantes de automóviles más importantes del mundo anunciaron sus estrategias de transición a los vehículos eléctricos, muchos de ellos, como Volvo, Volkswagen, Stellantis y Ford, indicaron sus planes de utilizar LFP en al menos algunos modelos futuros. En la mayoría de los casos, el énfasis en la LFP es para los modelos de entrada, como los de China. Ford ha comentado sus planes de utilizar la LFP en vehículos comerciales, donde tiene una posición muy fuerte en el mercado. En muchos casos de uso de los vehículos comerciales, como la entrega de paquetes o la jardinería, los vehículos sólo se utilizan en áreas locales y suelen recorrer menos de 100 millas al día, a menudo a velocidades más bajas. Esto hace que el LFP sea una gran opción por su larga vida útil, seguridad y bajo coste.

Recientemente, Rivian anunció durante su llamada de ganancias del cuarto trimestre de 2021 que su nuevo tamaño de batería de gama estándar que debutará a finales de 2023 utilizará celdas de LFP en lugar de las celdas ricas en níquel utilizadas en los paquetes de mayor alcance.

Sin embargo, los nuevos desarrollos en la arquitectura de los paquetes de baterías están ayudando a compensar el déficit de densidad energética de las LFP.

Con la arquitectura modular (células ensambladas en módulos que luego se instalan en paquetes) de la mayoría de los paquetes de baterías para vehículos eléctricos actuales, sólo alrededor del 30-35% del volumen del paquete se compone realmente de material de células activas. Empresas como Our Next Energy (ONE) están desarrollando arquitecturas estructurales de célula a célula que eliminan el embalaje de los módulos y pegan las células directamente. De este modo, se puede duplicar el porcentaje de llenado efectivo, superando el 70%.