Litio contra sodio, o cuando se elige entre densidad energética y costes de producción

En nuestro encuentro con Jerry Zhou, el presidente global de Producto de Yadea, ya nos anticipó sus avances en materia de baterías, con el desarrollo de la fase inicial de producción de una batería de sodio desarrollada exclusivamente por el fabricante chino: “En nuestro centro de investigación de baterías de sodio vamos a alcanzar los 0,5 GWh, aunque la producción aún no está a pleno rendimiento”, nos explicó Zhou. “Se trata de una tecnología nueva, pero realmente está siendo muy veloz su desarrollo, desde la investigación hasta la producción, pero todavía tenemos que testar su fabricación en cuanto a volumetrías posibles”.

Zhou aclaró que, desde la extracción hasta el empaquetado, los costes son todavía extremadamente altos, pero tiene enormes ventajas y eso hace que merezca la pena seguir trabajando en su desarrollo. “Si alcanzamos un millón de unidades, obtendremos todas las ventajas proyectadas en esta planta”, dijo Zhou, refiriéndose al laboratorio de baterías Huayu en Hangzhou, que fue nuestra siguiente parada durante nuestro periplo en China.

En el laboratorio de Huayu, el doctor Jian Chen, científico jefe y CEO de Huayu, fue nuestro antitrión. Hangzhou es una ciudad que se ha concebido como el futuro emplazamiento de las empresas chinas más avanzadas tecnológicamente. Yadea adquirió Huayu New Energy en agosto de 2022 para asegurarse de contar con su propio centro de producción de baterías. Teniendo en cuenta que la batería es el elemento más costoso de un vehículo eléctrico, superior al 40% del conjunto, disponer de tu propia línea de producción de baterías resulta estratégico para un fabricante del volumen de Yadea. Y la investigación en baterías de sodio le ha permitido convertirse, desde enero de este mismo año, en el primer fabricante que comercializa vehículos eléctricos de dos ruedas con este tipo de energía.

El centro de investigación Huayu se nutre de conocimiento propio o foráneo. En el equipo de desarrollo cuentan con ingenieros japoneses procedentes de NEC, con los que han trabajado en el desarrollo de soluciones avanzadas. Jian Chen también nos recordó que en los primeros años de su carrera profesional tuvo relación con una compañía española que desarrolló la tecnología VRLA, en la que se basa la mayor parte de las baterías del mercado.

Esta forma de trabajar, de intercambio y relación, se pone de manifiesto en sus protocolos de desarrollo. Esto les ha llevado a alcanzar un compromiso con BYD, para que la firma automovilística de Shenzhen elabore las normas básicas para el desarrollo de la batería de litio, donde cuentan con una tecnología muy avanzada, y Yadea haga lo propio con la batería de sodio, redactando así lo que podríamos denominar el libro blanco del desarrollo de estas tecnologías.

En fase de desarrollo

Aunque a día de hoy la densidad energética de las baterías de sodio es menor que en las de litio, compensa su menor coste y su excelente seguridad. Una de las ventajas del sodio es la cantidad de recursos disponibles de este material, presente en el 10% de la corteza terrestre, mientras que el litio sólo aparece en 10 ppm (partes por millón). Y aunque ahora el coste de producción de las baterías de sodio es todavía elevado, se confía en que, a medio plazo, este disminuya entre un 30% y un 40%.

Hay tecnologías con una madurez de desarrollo muy alta, como son las baterías de plomo-ácido y las de litio, frente a las que la batería de sodio aún está en una fase moderada de desarrollo. Pero tiene unas ventajas innegables: para una batería tipo de 48V/24Ah, la densidad energética de las de plomo es de 40-45 Wh/kg, mientras que en las de litio es de 180-350 Wh/kg, y en las de sodio se sitúa en 100-160 Wh/kg, una notable diferencia. Sin embargo, el sodio tiene un coste inferior, 80-90 euros por kilo, frente a los 100-120 del litio, aunque nada que ver con los 58 euros del plomo, cuya tecnología tiene una esperanza de vida mucho menor, de entre 400 y 500 ciclos, mientras que litio y sodio se sitúan entre 2.000 y 3.000 ciclos de vida.

La gran ventaja del sodio es el buen rendimiento de su tasa de carga, su mayor rendimiento a bajas temperaturas y su extraordinaria seguridad, algo que pudimos ver en el laboratorio de Huayu con una demostración práctica: se taladró con una broca una celda de batería de sodio, y apenas registró un leve incremento de temperatura. Al proceder de igual manera con una celda de litio, estalló y provocó un pequeño incendio.

“La batería de sodio mejora en densidad energética respecto a la de plomo, y en seguridad respecto al litio, y también por su resistencia a bajas temperaturas. Para vehículos ligeros, por sus necesidades de almacenamiento, tiene por delante un futuro brillante”, nos anticipó Zhou. “Para los vehículos eléctricos con un rango de 60-80 kilómetros, la batería de sodio resulta ideal”.

Maduración inminente

Chen destaca que todavía se trata de una tecnología a la que le falta maduración. ¿Cuánta?: “Yadea ha terminado la investigación y el desarrollo, y está en el punto inicial de fabricación masiva. Dentro de un año se habrá logrado culminar el proceso de desarrollo. El 90% del estudio podemos obtenerlo de lo conocido con el litio. Ese 10% restante responde a modelizar la función, y en la segunda mitad de 2024 estaremos listos para proceder a una producción masiva”, dijo Chen.

Además del laboratorio Huayu, Yadea posee en Hangzhou otras dos fábricas de producción de baterías, en una de las cuales ya pueden iniciar la producción. De hecho, las previsiones oficiales de Yadea hablan de fabricar entre 200.000 y 500.000 unidades para el final de este 2024, y en su catálogo dispone ya de cinco modelos que funcionan con batería de sodio.

Chen hizo una analogía entre ambas tecnologías, el litio y el sodio, y su posición en la tabla periódica de los elementos, donde el sodio aparece a continuación del litio, y destacó que gracias a la sólida base de su cadena de abastecimiento que han desarrollado en torno al litio, es lo que les permite avanzar tan rápidamente en el desarrollo de la tecnología de baterías de sodio. “La ventaja en cuanto a capacidad de carga rápida de las baterías de sodio va a tener un impacto fuerte en el mercado de vehículos eléctricos ligeros, de dos o tres ruedas”, indicó Chen.

Lo interesante es saber si en ese proceso de maduración que aún tiene por delante esta tecnología van a ser capaces de incrementar su densidad energética, que todavía resulta inferior al litio: “Ahora mismo, la densidad energética de nuestras baterías de sodio está alrededor de los 140 Wh/kg, pero en el futuro, mientras desarrollamos la tecnología, puede llegar a los 160-180 Wh/kg, e incluso a los 200 Wh/kg; y en el futuro, en dos o tres años, se va a igualar a las baterías de litio-ferrofosfato, y en cuestión de tres a cinco años el sodio superará en densidad energética al litio”.

Las mejoras en materia de seguridad del sodio también podrían ser aprovechadas por el litio, desarrollando un electrolito que no explote “si en el futuro conseguimos desarrollar una batería de litio sólido, aunque es una cuestión que será muy difícil de superar. Toyota tenía previsto desarrollar tecnología de batería de litio sólido en 2027, pero lo ha retrasado hasta el año 2030, y eso nos da una idea de lo difícil que resulta conseguirlo. En este momento no sabemos cuándo tendremos esa tecnología con esa madurez para realizar una producción masiva, y por eso tendremos que esperar más tiempo”.

Chen lidera un grupo de estudiosos de la batería de litio sólido que lleva cinco años trabajando en esa tecnología, y reconoce que siempre encuentra dificultades, ya sea en material o en tecnología. Y admite que, aunque se superen las dificultades de material, el costo de producción será otro problema. Con su experiencia, Chen aseguró que el desarrollo de la batería de litio sólida se demorará al menos cinco años hasta que sea un producto maduro: “Y mientras tanto, no podemos solamente esperar, por eso la batería de sodio será un producto ideal mientras tenemos ese largo camino por recorrer. Su inconveniente es que su densidad energética es un poco menor, pero en este tiempo se podrá mejorar”, asegura Chen.