Tesla está negociando con el fabricante chino de baterías CATL para que este se encargue de suministrarle celdas de baterías con tecnología de litio-hierro-fosfato (LFP) para el Tesla Model 3. Su evolución podría permitir llegar a las autonomías que ofrecen las tecnologías NCM y NCA actuales en las variantes más económicas, proporcionando mayor vida útil, carga ultrarrápida y ventajas económicas. Según la información proporcionada por la agencia Reuters, gracias a la eliminación de materiales como el cobalto y el níquel, el precio de las baterías se reduciría en un porcentaje de "dos dígitos".
Las celdas que utilizan la tecnología LFP son ligeramente menos densas energéticamente que las NCA (níquel-cobalto-aluminio) que tradicionalmente emplea Tesla para sus coches eléctricos. Sin embargo, su ventaja radica en que son más baratas, más sencillas de empaquetar y no requieren el empleo de materiales escasos y caros como el cobalto o el níquel. Con ellas, Tesla lograría reducir de forma significativa el coste de producción del Tesla Model 3 Standard Range Plus y, al mismo tiempo, proporcionar una autonomía idéntica a la que ofrece con las baterías NCA.
LFP, libre de materiales críticos
Los cátodos de LFP están compuestos de hierro, fosfato, oxígeno y, a veces, una parte de manganeso. Además precisan sales de litio, separadores de polímeros, ánodos de grafito, colectores de corriente de cobre y aluminio y una carcasa de aluminio. Todos estos materiales son abundantes en la naturaleza, y la mayoría se extraen extensamente (o se sintetizan) a volúmenes relativamente altos en comparación con las necesidades actuales y futuras de los vehículos eléctricos.
De todos ellos, la minería de litio es la que debería incrementar su escala de producción para coincidir con la creciente demanda de vehículos eléctricos. Sin embargo, la realidad es que su necesidad es pequeña en relación con el peso de las celdas. Además, si las fuentes convencionales no aumentarán su producción o su suministro se complicase económica o políticamente existe un plan B. Como respaldo, el litio está presente en el agua de mar y podría extraerse a un coste que todavía permitiría vehículos eléctricos asequibles.
Hagamos cuentas, ¿qué coches de Tesla llevarán baterías LFP?: en busca del espacio
Con la evolución tecnológica de las baterías, que buscan reducir el peso aumentando la capacidad energética sorprende que Tesla esté pensando en emplear una tecnología como esta, anterior a la que se utiliza en los cátodos níquel-cobalto-manganeso (NCM) o níquel-cobalto-aluminio (NCA) que son las que se han favorecido típicamente de una mayor densidad de energía.
Los cátodos LFP han ocupado el 90% del mercado de los autobuses eléctricos y otros vehículos pesados que tienen requisitos de autonomía modesta, pero requieren muchos ciclos de trabajo. Las celdas LFP cumplen con estas necesidades: se pueden cargar y descargar a niveles de potencia más elevada que las NCM o NCA y pueden soportar más ciclos de uso antes de que comiencen a degradarse, lo que brinda una vida más larga en aplicaciones de alto rendimiento.
Gracias a los avances químicos, las celdas LFP están comenzando a alcanzar densidades energéticas (en peso y volumen) suficientes como para ofrecer una autonomía decente a los vehículos eléctricos para particulares. Actualmente las baterías LFP de CATL han alcanzado capacidades de al menos 160 Wh/kg. A modo de comparación, las celdas 2170 de Tesla fabricadas por Panasonic tienen alrededor de 247 Wh/kg.
Según CATL, su tecnología Cell-to-Pack (celda a paquete) elimina los módulos del empaquetamiento lo que puede aumentar la densidad de energía en un 10-15% y mejorar la utilización del volumen en un 15-20%, reduciendo las piezas necesarias en un 40%. Una idea de diseño de la que ya habló Elon Musk, que pretende modificar la arquitectura de sus paquetes de baterías eliminando la división de los paquetes en módulos contenedores de las celdas para pasar a un diseño más eficiente.
Técnicamente hablando, si se añade un 35% más de celdas LFP de 160 Wh/kg al paquete de baterías del Model 3 SR+, alcanzaría los aproximadamente 50 kWh de capacidad. Además, hay espacio para un 32,6% más de celdas. Si Tesla elimina los módulos podría recuperar el espacio para acomodar suficientes celdas LFP para obtener la misma autonomía que ofrece actualmente el Model 3 SR+. Si las células CATL alcanzasen los 180 Wh/kg, Tesla no tendría que tocar el empaquetamiento.
En el caso del Tesla Model 3 SR+, uno de los coches eléctricos más eficientes, que declara una autonomía EPA de 402 kilómetros (409 en el ciclo WLTP), para mantener la autonomía, sería necesario agregar uno o dos kWh extra de capacidad. Con celdas LFP, la batería alcanzaría aproximadamente los 55 kWh y podría llegar a pesar entre 40 y 60 kg más que la versión NCA (entre un 10 y un 15% más), lo que supone tan solo un 3% del peso total del vehículo en general, y está todavía muy por debajo del peso de las variantes de largo alcance.
Las variantes de largo alcance de Tesla, que necesitan más energía para elevar la autonomía hasta cerca de los 500 kilómetros, continuarán utilizando las químicas NCA y NCM y, en un futuro, las químicas emergentes de alta densidad. Sin embargo, en los modelos y las variantes que no necesitan densidades de energía extremas, las celdas LFP ofrecen la ventaja de una mayor vida útil, altas tasas de potencia de recarga y, quizás lo más importante, mejor competitividad económica por sus mínimas restricciones de suministro de materiales.
Tesla y Volkswagen dicen adiós al cobalto gracias al LFP
La cadena de suministro de cobalto que requieren las baterías NCA y NCA es conocida por su complejidad. Los depósitos de cobalto comercialmente viables son poco comunes a nivel mundial. Algunos de los más viables se encuentran en la República Democrática del Congo, que abastece a alrededor de dos tercios del mercado mundial de este mineral. Aunque hoy la mayor parte del suministro proviene de técnicas modernas de minería, hasta 2016, el 20% del suministro provenía de la "minería artesanal" que a menudo involucraba trabajo infantil y condiciones poco seguras.
Para los fabricantes de automóviles, que se les asocie con esta forma de minería conlleva un riesgo para su reputación, incluso para aquellas que se han comprometido a no obtener cobalto de esta manera, como es el caso de Tesla. Además, dado que no siempre es posible tener un seguimiento de la cadena de suministro 100% preciso, Tesla y otros fabricantes de automóviles han estado bajo presión para reducir el contenido de cobalto en sus baterías.
La última generación de cátodos NCM 811 ya incluye únicamente el 10% de cobalto y los cátodos NCA, según Elon Musk reducen ese porcentaje a menos del 3%. En este sentido, el cambio de las celdas NCA a celdas LFP, sería un logro para Tesla.
En este mismo sentido, Volkswagen también ha mostrado su interés por el uso del celdas LFP de última generación para abastecer el alto volumen de vehículos eléctricos del mercado chino. Pero también podría emplear esta tecnología en el caso del Volkswagen ID.3 estándar y el de otros de sus vehículos eléctricos con autonomías cercanas a los 400 kilómetros. Las variantes de mayor alcance de Volkswagen podrían mantener las tecnologías que necesitan cobalto.
El níquel también importa
¿Y qué pasa con el níquel? No requerir este material es otra ventaja de las celdas LFP. En 2019-2020 su uso en baterías para vehículos eléctricos es de alrededor del 6% del suministro mundial. Aunque podría parecer un porcentaje escaso, el paso de un volumen de ventas de vehículos eléctricos del 2,5% al 25% de la cuota de mercado requerirá un incremento sustancial de necesidades de este material, lo que lo pondría en una situación similar a la del cobalto.
Conclusiones
En resumen, existe una gran variedad de minerales posibles que pueden almacenar energía eléctrica y, de ellos, algunos son comercialmente más viables que otros. Las químicas NCM y NCA mantienen el mejor equilibrio coste-densidad de energía para vehículos eléctricos de largo alcance y alto rendimiento. Las químicas de LFP están alcanzando una densidad de energía que satisface las necesidades de los vehículos eléctricos de autonomía media, aportando a la vez otras ventajas como la velocidad de carga, la longevidad, la seguridad y el bajo coste, gracias a su libertad en cuanto al suministro de sus componentes. Esta pluralidad de enfoques significa que el mercado está diversificado y que puede resistir a las eventualidades del futuro y reduce la posibilidad de que un mineral se vuelva crítico.
