El silicio tiene el potencial de aumentar significativamente la densidad de energía de las baterías. Su capacidad es un orden de magnitud mayor que la del grafito que es el que se emplea actualmente para crear la estructura del ánodo. A nivel de celda, la densidad de energía podría casi duplicarse, brindando unos beneficios obvios en la autonomía de los vehículos eléctricos.
Una de las empresas que se ha centrado en el desarrollo de baterías con esta tecnología es la californiana Enevate Corporation. Su tecnología HD-Energy fue presentada en noviembre de 2017. El nuevo material con el que fabrica sus ánodos está compuesto fundamentalmente por silicio (un 70%). Al ser un material 100% activo es capaz de almacenar litio y mantener una alta conductividad eléctrica, elevando la densidad de energía en un 50% y aumentando de forma significativa la velocidad de carga.
Según BatteryDesign.net, una celda 4680 de un Tesla Model Y de finales de 2022 almacena alrededor de 650 Wh/litro y 244 Wh/kg. Enevate afirma que las suyas alcanzan "más de 850 Wh/litro y 340 Wh/kg", aproximadamente un 30% más de energía en volumen y un 40% más en peso.
Además, los ciclos de carga y descarga no se ven afectados por las bajas temperaturas, funcionando de forma óptima hasta -40ºC. También es muy eficiente recuperando energía del sistema de frenado regenerativo.
La primera moto con baterías de silicio
Enevate ofrece su tecnología en un paquete completo que incluye las licencias y el acceso a la tecnología HD-Energy. Bajo este formato, el fabricante de motocicletas de alta gama y altas prestaciones Lightning ha estado probando un prototipo de la Strike en California. Su enorme batería de 24 kWh está formada por celdas de silicio de alta densidad. Gracias a ellas, el espacio que ocupa este alimentador es el mismo que el de una batería de 20 kWh compuesto por celdas de iones de litio con ánodo de grafito convencional, pero con una autonomía muy superior y una velocidad de recarga muy elevada.
"La autonomía que estamos obteniendo es de alrededor de 241 a 274 km circulando a una media de 113 km/h en autopista”, asegura el fundador y director ejecutivo de Lightning, Richard Hatfield. "Estamos cargando del 0 al 80% en aproximadamente 10 minutos, casi a una velocidad de 5C, en un cargador CCS de nivel 3 (corriente continua a 120 kW), probablemente el más común en este momento en la zona de pruebas, aunque existen otros con una potencia muy superior”, añade.
Una carga del 80% se convierte aproximadamente en una autonomía de alrededor de 217 km, lo que significa que la motocicleta se carga a aproximadamente 1.303 km/h (o 210 km cada 10 minutos). La mayoría de las motos deportivas de gasolina que muestran unas prestaciones similares a esta son capaces de ofrecer autonomía de unos 200 km. Una parada de 10 minutos para recuperar esta cantidad de kilómetros no parece desmesurada, teniendo en cuenta, además, que se trata de un vehículo cuya ergonomía exige descansos incluso más largos que este. Con una infraestructura de carga adecuada, esta motocicleta eléctrica podría mantener el ritmo de las de gasolina sin retrasar la marcha.
Hacer frente a estas tasas de carga ha requerido reforzar los sistemas eléctricos de los prototipos. Se modificaron todas las interconexiones, el cableado y los conectores de carga e incluso los contactores. Dentro de los carenados, se hace circular el aire para enfriar los componentes y mantener el nivel de potencia. “Tenemos 120 kW de entrada durante unos 10 minutos seguidos”, explica Hatfield. “Es casi imposible duplicar estas cifras en el lado de la descarga; son 300 amperios y 400 voltios durante 10 minutos seguidos. No hay un lugar físico donde realmente se pueda mantener esa descarga con el acelerador".
Un cambio radical para las dos ruedas
"Es un cambio de juego", asegura Hatfield. "La densidad de energía es excelente, al igual que la tasa de carga, lo que realmente cambia la ecuación práctica para los motoristas que quieren pasarse a la electricidad.
El problema que surge cuando el silicio se emplea como material del ánodo es su alta degradación, lo que se traduce en una escasa vida útil para la batería. Los cambios de volumen que sufre el ánodo durante los ciclos de carga y descarga conducen al consumo del electrolito y del litio y provocan tensiones mecánicas que finalmente se traducen en la pérdida de conductividad eléctrica e iónica.
El equipo de Enevate ha logrado componer una química para sus baterías con la que ha encontrado la manera de aumentar el ciclo de vida y administrar la expansión provocada por la carga rápida. Aunque el ciclo de vida aún no es tan alto como el de otras baterías “es mucho más largo que la vida útil de la mayoría de las motocicletas”, añade Hatfield.
Comercialización de las motocicletas con esta tecnología
Las baterías de silicio de Lightning será un extra opcional que los titulares de las reservas podrán incorporar. Un paquete de 24 kWh para el Strike y un paquete de 28 kWh para el LS-218 supondrán un incremento de precio de alrededor de 8.000 dólares. La Strike Carbon Edition estándar costará 19.988 dólares, pasándose al ‘lado premium’. La LS-218 estándar será todavía más cara, 38.888 dólares.
Hatfield dice que esto es solo consecuencia de la ‘adopción temprana’ de esta tecnología. “No hay nada inherente en ella que impida que se vuelva competitiva con otras que se fabrican en grandes volúmenes”. Enevate mantiene conversaciones con varios fabricantes de automóviles para comenzar a generalizar su tecnología entre ellos.