Las baterías de fosfato de hierro y litio ganan terreno en el mercado de vehículos eléctricos

La tecnología de baterías para vehículos eléctricos continúa avanzando rápidamente, con la aparición de diversas químicas de iones de litio, desde óxido de cobalto y litio (LCO) y óxido de manganeso y litio (LMO) hasta óxido de níquel, cobalto y aluminio y litio (NCA). Estas baterías suelen nombrarse según los materiales de sus cátodos, por donde fluyen los iones de litio durante la descarga. Pero, ¿por qué los vehículos eléctricos necesitan tantos tipos de baterías?

Las diferentes formulaciones de las baterías se optimizan para métricas de rendimiento específicas, ya sea la vida útil de la batería, la velocidad máxima de carga o la densidad energética. La elección depende en gran medida de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, las baterías LMO presentan una resistencia interna extremadamente baja para una carga rápida, pero una vida útil más corta. Actualmente, las baterías de níquel, manganeso y cobalto (NMC) y NCA dominan el sector de los vehículos eléctricos al equilibrar el níquel y el cobalto para mejorar la longevidad y la densidad energética. Sin embargo, las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) están surgiendo como una alternativa formidable.

Con la fórmula química LiFePO₄ (litio, hierro, fosfato), las baterías LFP ofrecen distintos beneficios en comparación con las contrapartes NMC y NCA:

• Eficiencia de costos: Los costos de producción de LFP son significativamente más bajos (~$98.50/kWh frente a $120.30 para NCA), lo que podría hacer que los vehículos eléctricos sean más asequibles.
• Vida útil prolongada: Las baterías LFP soportan más ciclos de carga, lo que lleva a Tesla a recomendar una carga del 100% (frente al 80% para las baterías a base de níquel).
• Resistencia a la carga rápida: Su estructura cristalina 3D resiste mejor la carga de alto voltaje/calor que las baterías NMC/NCA.
• Seguridad: El umbral de fuga térmica de LFP (270°C) supera con creces al de NMC (210°C) y NCA (150°C), lo que reduce los riesgos de incendio.
• Sostenibilidad: La composición sin cobalto/níquel reduce las emisiones de carbono en un 15-25% y evita las prácticas mineras polémicas.

Los robustos enlaces Fe-PO de LFP resisten la liberación de oxígeno bajo estrés (cortocircuitos, sobrecalentamiento), lo que evita la fuga térmica de manera más efectiva que las baterías a base de cobalto.

A pesar de las ventajas, las baterías LFP presentan compromisos:

• Menor densidad energética: Los paquetes LFP almacenan ~30% menos energía que los equivalentes NCA, lo que requiere baterías más grandes/pesadas para un rango equivalente.
• Limitaciones en climas fríos: Por debajo de -20°C (-4°F), las baterías LFP exhiben una carga más lenta debido a la reducción de la conductividad y la difusión de iones de litio.

Tesla cambió los modelos Standard Range a LFP en 2021 (China) y 2022 (EE. UU.). Ford planea la adopción de LFP para el Mustang Mach-E europeo y modelos selectos F-150 para 2024. Rivian implementará LFP primero en las furgonetas de reparto de Amazon, seguido de las camionetas de rango estándar. El rediseñado Chevy Bolt EV de General Motors y los modelos 2025 de BMW también utilizarán la tecnología LFP.

Las observaciones de los modelos Tesla revelan:

• Las baterías LFP alcanzan su punto máximo a temperaturas más altas (~70°F frente a ~60°F de NCA) para un rango óptimo.
• Los Modelos 3 de rango estándar (LFP) logran los rangos nominales de la EPA de manera más consistente que las variantes de rango largo/rendimiento.

Los estudios muestran que los ciclos LFP duran de 2 a 4 veces más que las baterías NMC, con una degradación mínima de la carga completa.

Sí, su umbral de fuga térmica más alto (270°C frente a 150°C de NCA) reduce significativamente los riesgos de incendio, aunque los incendios de baterías de litio siguen siendo extremadamente raros.

Si bien Tesla recomienda cargas completas para LFP debido a su resistencia, mantener una carga del 80-85% aún optimiza la longevidad de todas las baterías de iones de litio.

Las velocidades de carga disminuyen a temperaturas bajo cero sin preacondicionamiento, aunque las actualizaciones de gestión térmica pueden mitigar esto.

Sí, la eliminación del cobalto/níquel reduce la dependencia de las operaciones mineras con preocupaciones humanitarias y apoya las cadenas de suministro nacionales.