A medida que aumenta la demanda de computadoras móviles y automóviles totalmente eléctricos, las limitaciones de la tecnología actual de baterías presentan un obstáculo. Inventado 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 vuelto más pequeños y su uso ininterrumpido antes de recargarse es más importante, también se ha vuelto cada vez más importante que las baterías se miniaturicen y sean más eficientes energéticamente. Sin embargo, esto 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 batería
Todas las baterías eléctricas dependen de la reacción química fundamental de reducción y oxidación (redox) que puede ocurrir entre dos materiales diferentes. Estas reacciones se alojan en un recipiente cerrado y sellado. El ánodo, o terminal positivo, es reducido por el ánodo, o terminal negativo, donde ocurre la oxidación. El cátodo y el ánodo están separados físicamente por un electrolito que permite que los electrones fluyan fácilmente de un terminal a otro. Este flujo de electrones causa un potencial eléctrico, que permite una corriente eléctrica cuando se completa un circuito.
Las baterías de consumo desechables (conocidas como baterías primarias), como las celdas de tamaño AA y AAA producidas por compañías como Energizer (ENR), se basan en una tecnología que no es propicia para las aplicaciones modernas. Por un lado, no son recargables. Estas llamadas baterías 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 en el ánodo mientras que el dióxido de manganeso en el cátodo reacciona con los iones de zinc oxidados para crear electricidad. Gradualmente, los subproductos de reacción se acumulan en el electrolito y disminuye la cantidad de zinc que queda por oxidar. Finalmente, la batería se agota. Estas baterías suelen proporcionar 1, 5 voltios de electricidad y pueden organizarse en serie para aumentar esa cantidad. Por ejemplo, dos baterías AA en serie proporcionan tres voltios de electricidad.
Las baterías recargables (conocidas como baterías secundarias) funcionan de la misma manera, utilizando una reacción de oxidación de reducción entre dos materiales, pero también permiten que la reacción fluya en reversa. Las baterías recargables más utilizadas en el mercado hoy en día son las de iones de litio (LiOn), aunque también se probaron otras tecnologías en la búsqueda de una batería recargable que funcione, como el hidruro de níquel-metal (NiMH) y el níquel-cadmio (NiCd).
Las NiCd fueron las primeras baterías recargables disponibles comercialmente para uso en el mercado masivo, pero sufrieron la capacidad de realizar solo un número limitado de recargas. NiMH reemplazó las baterías de NiCd y se pudieron cargar con mayor frecuencia. Desafortunadamente, tenían una vida útil muy corta, por lo que si no se usaban poco después de su producción, podrían ser ineficaces. Las baterías LiOn resolvieron estos problemas al llegar en un contenedor pequeño, tener una larga vida útil y permitir muchas cargas. Pero, las baterías LiOn no son las más utilizadas en productos electrónicos de consumo, como dispositivos móviles y computadoras portátiles. Estas baterías son mucho más caras que las baterías alcalinas desechables y, por lo general, no vienen en los tamaños tradicionales de AA, AAA, C, D, etc.
El último tipo de baterías recargables con las que la mayoría de las personas están familiarizadas son las baterías de plomo y ácido líquido, más comúnmente utilizadas como baterías de automóviles. Estas baterías pueden proporcionar mucha energía (como cuando arranca un automóvil en frío), pero contienen materiales peligrosos, como plomo y ácido sulfúrico, que se utiliza como electrolito. Este tipo de baterías deben desecharse con cuidado para no contaminar el medio ambiente o causar daños físicos a quienes las manipulan.
El objetivo de la tecnología de batería actual es crear una batería que pueda igualar o mejorar el rendimiento de las baterías LiOn, pero sin el alto costo asociado con su producción. Dentro de la familia de iones de litio, los esfuerzos se han centrado en agregar ingredientes adicionales para aumentar la efectividad de la batería y reducir el precio. Por ejemplo, los arreglos de litio-cobalto (LiCoO2) ahora se encuentran en muchos teléfonos celulares, computadoras portátiles, cámaras digitales y productos portátiles. Las células de litio-manganeso (LiMn2O4) se usan más comúnmente para herramientas eléctricas, instrumentos médicos y trenes de potencia eléctricos, como los que se encuentran en los vehículos eléctricos. (Para más información, ver: ¿Por qué los autos Tesla son tan caros? )
Actualmente, hay equipos que realizan investigación y desarrollo para aumentar el rendimiento de las baterías a base de litio. Las baterías de litio-aire (Li-Air) son un nuevo desarrollo emocionante que podría permitir una capacidad de almacenamiento de energía mucho mayor, hasta 10 veces más capacidad que una batería de LiOn típica. Estas baterías literalmente "respirarían" aire usando oxígeno libre para oxidar el ánodo. Si bien esta tecnología parece prometedora, hay una serie de problemas tecnológicos, incluida una acumulación rápida de subproductos que disminuyen el rendimiento y el problema de la "muerte súbita" en el que la batería deja de funcionar sin previo aviso.
Las baterías de metal de litio también son un desarrollo impresionante, que prometen casi cuatro veces más eficiencia energética que la tecnología actual de baterías de automóviles eléctricos. Este tipo de batería también es mucho menos costosa de producir, lo que reducirá el costo de los productos que las usan. Sin embargo, los problemas de seguridad son una preocupación importante ya que estas baterías pueden sobrecalentarse, provocar incendios o explotar si se dañan. Otras nuevas tecnologías en las que se está trabajando incluyen litio-azufre y silicio-carbono, pero estas células aún se encuentran en las primeras fases de investigación y aún no son comercialmente viables. También hay varios desarrollos que ocurren alrededor de las baterías con energía solar.
Invertir en tecnología de baterías
Si la tecnología de la batería despega en estas nuevas y emocionantes direcciones, reducirá el costo de producción para la electrónica de consumo y para los vehículos eléctricos como los producidos por Tesla Motors (TSLA). Tesla anunció recientemente la construcción de una 'gigafábrica' para no solo producir más vehículos, sino también producir sus propias baterías LiOn en casa, junto con el gigante electrónico japonés Panasonic (ADR: PCRFY). Al tomar el problema de la producción de baterías en sus propias manos, Tesla puede haber encontrado una excelente manera de ganar exposición a la inversión tanto en autos eléctricos como en tecnología de baterías.
El mercado de la tecnología de baterías es algo miope con las nuevas tecnologías, desarrollos y asociaciones que catapultan a la industria hacia adelante. El “Informe de las 20 principales compañías fabricantes de baterías de iones de litio de Visiongain 2018” de Visiongain ofrece una gran cantidad de información sobre el mercado de tecnología de baterías y sus principales fabricantes. Las compañías en el informe incluyen lo siguiente:
- A123 Systems Inc. Corporación de suministro de energía automotriz (AESC) Corporación de la industria de la aviación de China (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energy Technology Inc. Amperex Technology Ltd (CATL) contemporánea 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 Baterías Saft 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 la batería incluyen los siguientes:
- Arotech Corp (ARTX) desarrolla y distribuye baterías de litio y zinc-aire y cuenta con el ejército de los EE. UU. Entre sus clientes. PolyPore Inc. (PPO) produce baterías de polímero de litio altamente especializadas principalmente para usos industriales y médicos. Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) es un compañía de energía alternativa que tiene una empresa conjunta de propiedad mayoritaria con Delphi Automotive (DLPH) para crear soluciones de batería para vehículos eléctricos. Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) es una compañía del Reino Unido que aprovecha la nanotecnología y el grafeno material para producir, entre otras cosas, baterías a base de grafeno. Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) también está realizando investigaciones para aplicaciones basadas en grafeno. EnerSys es un juego puro con baterías. Actualmente es el mayor fabricante de baterías industriales a nivel mundial.
También está el Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). Este ETF busca rastrear el índice de litio global de Solactive y proporciona exposición a una cartera diversificada de empresas que cotizan en bolsa que se centran principalmente en el litio, incluida la extracción de litio, el refinado de litio y el uso de litio en la producción de baterías. Las principales participaciones en el ETF de LIT a octubre de 2018 incluían lo siguiente:
- 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%
La línea de fondo
Las baterías para el poder siempre han sido importantes en la era moderna. Sin embargo, con la llegada de la informática móvil y los automóviles eléctricos, su importancia solo seguirá creciendo. En este momento, por ejemplo, los paquetes de baterías representan más de la mitad del costo de un automóvil Tesla.
Debido a su creciente importancia, la investigación de baterías recargables más nuevas y mejores está ganando impulso. Las baterías de litio-aire y litio-metal pueden ser el avance que importa. Si estas tecnologías terminan dando sus frutos, la inversión en grandes empresas involucradas en la producción de baterías, en fabricantes de iones de litio de juego puro o en la exposición indirecta a través de productores de metal de litio puede ayudar a impulsar el rendimiento futuro de una cartera. ( Para más información, consulte: Invertir en la próxima megatendencia: litio ).
