A medida que aumenta la demanda de informática móvil y de coches totalmente eléctricos, las limitaciones de la actual tecnología de baterías suponen un obstáculo. Inventada en la década de 1790 por el físico italiano Alessandro Volta, la batería eléctrica ha sido el caballo de batalla de numerosos aparatos, dispositivos y máquinas.
A medida que los dispositivos de consumo se han hecho más pequeños y su uso ininterrumpido antes de la recarga es más importante, también se ha hecho más importante que las baterías se miniaturicen y sean más eficientes energéticamente. Esto, sin embargo, ha demostrado ser un obstáculo tecnológico que, si se supera, será un desarrollo importante y rentable para la economía de alta tecnología del mañana.
Tecnología de las baterías
Todas las baterías eléctricas se basan en la reacción química fundamental de reducción y oxidación (redox) que puede producirse entre dos materiales diferentes. Estas reacciones se alojan en un recipiente cerrado y sellado. El cátodo, o terminal positivo, es reducido por el ánodo, o terminal negativo, donde se produce la oxidación. El cátodo y el ánodo están separados físicamente por un electrolito que permite que los electrones fluyan fácilmente de un terminal al otro. Este flujo de electrones provoca un potencial eléctrico, que permite que se produzca una corriente eléctrica cuando se completa un circuito.
Las pilas de consumo desechables (conocidas como pilas primarias), como las de tamaño AA y AAA producidas por empresas como Energizer (ENR), se basan en una tecnología que no es propicia para las aplicaciones modernas. En primer lugar, no son recargables. Estas pilas llamadas alcalinas utilizan un cátodo de dióxido de manganeso y un ánodo de zinc, separados por un electrolito de dióxido de potasio diluido. El electrolito oxida el zinc del ánodo, mientras que el dióxido de manganeso del cátodo reacciona con los iones de zinc oxidados para crear electricidad. Poco a poco, los subproductos de la reacción se acumulan en el electrolito y la cantidad de zinc que queda por oxidar disminuye. Finalmente, la pila se agota. Estas pilas suelen proporcionar 1,5 voltios de electricidad y pueden colocarse en serie para aumentar esa cantidad. Por ejemplo, dos pilas AA en serie proporcionan tres voltios de electricidad.
Las pilas recargables (conocidas como pilas secundarias) funcionan de forma muy parecida, utilizando una reacción de reducción-oxidación entre dos materiales, pero también permiten que la reacción fluya en sentido inverso. Las baterías recargables más utilizadas actualmente en el mercado son las de iones de litio (LiOn), aunque también se han probado otras tecnologías en la búsqueda de una batería recargable que funcione, como las de hidruro metálico de níquel (NiMH) y las de níquel-cadmio (NiCd).
Las de NiCd fueron las primeras baterías recargables disponibles en el mercado para su uso masivo, pero tenían una capacidad limitada de recarga. Las baterías de NiMH sustituyeron a las de NiCd y pudieron cargarse con más frecuencia. Desgraciadamente, tenían una vida útil muy corta, por lo que si no se utilizaban poco después de su fabricación, podían resultar ineficaces. Las baterías de LiOn resolvieron estos problemas al venir en un envase pequeño, tener una larga vida útil y permitir muchas cargas. Pero las baterías LiOn no son las más utilizadas en la electrónica de consumo, como los dispositivos móviles y los ordenadores portátiles. Estas pilas son mucho más caras que las pilas alcalinas desechables y no suelen venir en los tamaños tradicionales de AA, AAA, C, D, etc.
El último tipo de pilas recargables con el que la mayoría de la gente está familiarizada es el de las pilas líquidas de plomo-ácido, más utilizadas como baterías de coche. Estas baterías pueden proporcionar mucha energía (como cuando se arranca un coche en frío), pero contienen materiales peligrosos, como el plomo y el ácido sulfúrico, que se utiliza como electrolito. Este tipo de baterías deben eliminarse con cuidado para no contaminar el medio ambiente ni causar daños físicos a quienes las manipulan.
El objetivo de la tecnología actual de baterías es crear una batería que pueda igualar o mejorar el rendimiento de las baterías de LiOn, pero sin el elevado coste asociado a su producción. Dentro de la familia de las baterías de iones de litio, los esfuerzos se han centrado en añadir ingredientes adicionales para aumentar la eficacia de la batería al tiempo que se reduce el precio. Por ejemplo, los arreglos de litio-cobalto (LiCoO2) se encuentran ahora en muchos teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras digitales y productos para llevar puestos. Las celdas de litio-manganeso (LiMn2O4) se utilizan sobre todo en herramientas eléctricas, instrumentos médicos y sistemas de propulsión eléctrica, como los que se encuentran en los vehículos eléctricos.
Actualmente, hay equipos que realizan investigaciones y desarrollos para aumentar el rendimiento de las baterías basadas en litio. Las baterías de litio-aire (Li-Air) son un nuevo e interesante desarrollo que podría permitir una capacidad de almacenamiento de energía mucho mayor, hasta 10 veces más que una batería típica de Li-On. Estas baterías literalmente «respirarían» aire al utilizar oxígeno libre para oxidar el ánodo. Aunque esta tecnología parece prometedora, hay una serie de problemas tecnológicos, como la rápida acumulación de subproductos que reducen el rendimiento y el problema de la «muerte súbita», en la que la batería deja de funcionar sin previo aviso.
Las baterías de litio-metal son también un desarrollo impresionante, ya que prometen una eficiencia energética casi cuatro veces mayor que la tecnología actual de las baterías para coches eléctricos. Este tipo de batería también es mucho menos costosa de producir, lo que reducirá el coste de los productos que las utilicen. Sin embargo, los problemas de seguridad son una de las principales preocupaciones, ya que estas baterías pueden sobrecalentarse, provocar un incendio o explotar si se dañan. Otras nuevas tecnologías en las que se está trabajando son el litio-azufre y el silicio-carbono, pero estas células están aún en las primeras fases de investigación y no son todavía comercialmente viables. También se están produciendo varios desarrollos en torno a las baterías alimentadas por energía solar.
Invertir en tecnología de baterías
Si la tecnología de baterías despega en estas nuevas y emocionantes direcciones, reducirá el coste de producción de la electrónica de consumo y de los vehículos eléctricos como los producidos por Tesla Motors (TSLA). Tesla ha anunciado recientemente la construcción de una «gigafábrica» no sólo para producir más vehículos, sino también para fabricar sus propias baterías de litio, en colaboración con el gigante japonés de la electrónica Panasonic (ADR:PCRFY). Al tomar el problema de la producción de baterías en sus propias manos, Tesla puede haber encontrado una gran manera de ganar exposición a la inversión tanto en los coches eléctricos como en la tecnología de las baterías.
El mercado de la tecnología de las baterías es algo miope con las nuevas tecnologías, los desarrollos y las asociaciones que catapultan la industria. El informe «Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018» de Visiongain proporciona una gran cantidad de información sobre el mercado de la tecnología de baterías y sus principales fabricantes. Entre las empresas del informe se encuentran las siguientes:
- A123 Systems Inc.
- Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
- Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
- BYD Company Ltd.
- CBAK Energy Technology Inc.
- Comtemporary Amperex Technology Ltd (CATL)
- GS Yuasa Corporation
- Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co, Ltd
- Hitachi Chemical Co., Ltd.
- Johnson Controls International Plc.
- LG Chem
- Microvast Inc.
- Panasonic Corporation
- Saft Batteries
- Samsung SDI Co. Ltd.
- TDK Corporation/Amperes Technology Ltd (ATL)
- Tesla Inc.
- Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co, Ltd.
- Tianneng Power International Ltd
- Toshiba Corporation
Otros nombres notables en la industria de las baterías son los siguientes:
- Arotech Corp (ARTX) desarrolla y distribuye baterías de litio y zinc-aire y cuenta con el ejército estadounidense entre sus clientes.
- PolyPore Inc. (PPO) produce baterías de polímero de litio altamente especializadas, principalmente para usos industriales y médicos.
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) es una empresa de energía alternativa que tiene una empresa conjunta de propiedad mayoritaria con Delphi Automotive (DLPH) para crear soluciones de baterías para vehículos eléctricos.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) es una empresa británica que aprovecha la nanotecnología y el material grafeno para producir, entre otras cosas, baterías basadas en el grafeno.
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) también está investigando aplicaciones basadas en el grafeno.
- EnerSys es una empresa dedicada exclusivamente a las baterías. Actualmente es el mayor fabricante de baterías industriales del mundo.
También existe el Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). este ETF trata de seguir el Solactive Global Lithium Index y proporciona exposición a una cartera diversificada de empresas que cotizan en bolsa y que se centran principalmente en el litio, incluyendo la minería de litio, el refinado de litio y el uso de litio en la producción de baterías. Las principales participaciones del ETF LIT en octubre de 2018 incluían las siguientes:
- FMC CORP 18,06%
- ALBEMARLE CORP 17.64%
- SAMSUNG SDI CO LTD 7,40%
- ENERSYS 6,91%
- QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6,62%
- LG CHEM LTD 5.41%
- GS YUASA CORP 4,95%
- PANASONIC CORP 4,60%
- TESLA INC 4,37%
- SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4,24%
El resultado final
Las baterías para alimentación siempre han sido importantes en la era moderna. Sin embargo, con la llegada de la informática móvil y los coches eléctricos, su importancia seguirá creciendo. Ahora mismo, por ejemplo, los paquetes de baterías representan más de la mitad del coste de un automóvil Tesla.
Debido a su creciente importancia, la investigación de nuevas y mejores baterías recargables está cobrando impulso. Las baterías de litio-aire y de litio-metal pueden resultar ser el avance que importa. Si estas tecnologías acaban dando sus frutos, la inversión en grandes empresas dedicadas a la producción de baterías, en fabricantes de iones de litio puros o la exposición indirecta a través de productores de metal de litio puede ayudar a reforzar el rendimiento futuro de una cartera.