La movilidad eléctrica ha avanzado gracias a la evolución de las químicas de las baterías: las de plomo-ácido alimentaron los primeros vehículos eléctricos, las de níquel-hidruro metálico (NiMH) hicieron posible los híbridos, las de litio-ion desbloquearon los modernos vehículos eléctricos de batería, y las de litio-azufre (Li-S) se están probando para aplicaciones ultra-ligeras. En cada paso se ha tenido que equilibrar el costo, la seguridad y la duración con la densidad de energía. Las baterías de los vehículos eléctricos de hoy logran aproximadamente entre 150 y 200 Wh/kg, lo que representa una mejora significativa en comparación con los primeros sistemas de plomo-ácido. En los últimos meses, los esfuerzos con Li-S han pasado de los laboratorios a las líneas piloto con pruebas enfocadas en la industria aeroespacial, mientras que los costos de las baterías de litio-ion y la carga rápida siguen mejorando. La trayectoria muestra cómo la ciencia de materiales, la fabricación y la ingeniería de seguridad evolucionan de la mano para satisfacer las exigencias del sector automotriz.
El problema central en el transporte eléctrico es la energía específica: cuánta energía utilizable almacena una batería por kilogramo mientras sobrevive años de vibraciones, cambios de temperatura y carga rápida. La energía específica efectiva de la gasolina supera los 2,000 Wh/kg tras las ineficiencias del motor; las primeras baterías ofrecían menos de 50 Wh/kg, lo que relegó a los vehículos eléctricos a nichos de corto alcance. Surge una oportunidad cuando los avances en química levantan ese techo sin sacrificar la seguridad ni la vida útil. A lo largo de 150 años, cuatro hitos—baterías de plomo-ácido, NiMH, iones de litio, y ahora la investigación en litio–azufre—marcan cambios significativos en lo que es posible para los vehículos y la movilidad conectada a la red.
Las baterías de plomo-ácido (inventadas en 1859) establecieron la base. La densidad energética práctica suele estar entre 30 y 50 Wh/kg (60-90 Wh/L) para diseños de ciclo profundo, con 200 a 500 ciclos completos manteniendo un 80% de retención bajo una profundidad de descarga moderada. La alta potencia de descarga y el bajo costo permitieron el uso de baterías de arranque y carretillas elevadoras, pero el peso, las pérdidas de Peukert a alta corriente, el mal rendimiento a bajas temperaturas y la lenta aceptación de carga limitaron la autonomía de los vehículos a decenas de millas en los primeros EVs. Las baterías de plomo-ácido siguen siendo omnipresentes a 12 V para sistemas auxiliares debido a su costo, robustez y un reciclaje establecido por encima del 95% en muchas regiones.
Las NiMH, comercializadas a finales de los años 80, duplicaron aproximadamente la densidad energética gravimétrica a unos 60-120 Wh/kg, con buena capacidad de potencia y vida de ciclo mejorada (a menudo 1,000-2,000 ciclos parciales en servicio híbrido). Alimentaron híbridos de mercado masivo como el primer Toyota Prius, donde la alta potencia y la energía moderada son clave. Los obstáculos incluyeron la auto-descarga, la gestión del calor y un costo por kWh más alto que el de las de plomo-ácido; las baterías EV de gran formato tuvieron una implementación limitada en la década de 2000 debido a restricciones de propiedad intelectual y compromisos de rendimiento. Las NiMH todavía sirven a algunos modelos híbridos en 2024-2025 gracias a su durabilidad y robustez a bajas temperaturas, pero son demasiado pesadas para los BEVs de largo alcance.
Las baterías de iones de litio (desde 1991) trajeron un cambio radical. Las celdas modernas NMC/NCA alcanzan entre 240 y 300 Wh/kg y 600-750 Wh/L a nivel de celda; las variantes LFP son más bajas, rondando los 150-190 Wh/kg, pero destacan en seguridad, costo y vida de ciclo. La energía específica a nivel de paquete suele estar entre 150-200 Wh/kg para químicas ricas en níquel y 120-160 Wh/kg para LFP al tener en cuenta la estructura, refrigeración y BMS. En los últimos años, los ánodos de silicio-grafito, los cátodos de alto níquel y la integración celda-a-paquete han mejorado la autonomía y la carga rápida.
En 2024-2025, los fabricantes de automóviles ampliaron el uso de LFP en modelos de rango estándar en América del Norte y Europa, reflejando la disminución de costos y la tolerancia a cargas rápidas DC frecuentes. Encuestas de la industria sitúan los costos promedio de paquetes de Li-ion en los bajos $100 por kWh recientemente, con más disminuciones esperadas a medida que los precios de los materiales bajen y los volúmenes aumenten. Los sistemas de carga rápida típicos entregan entre 150 y 350 kW, logrando entre el 10 y el 80% en aproximadamente 20-30 minutos en vehículos diseñados para aceptar cargas de 2-3C, dependiendo de la gestión térmica. La emergente tecnología de litio–azufre apunta a un salto aún mayor en la energía específica al combinar un cátodo de azufre con un ánodo de litio metálico.
El par redox de azufre permite una energía específica teórica muy alta; se citan frecuentemente objetivos prácticos de celdas de 400-600 Wh/kg. Sin embargo, el Li–S enfrenta obstáculos bien documentados: el transporte de polisulfuros que causa auto-descarga y desvanecimiento; un cambio de volumen del cátodo del 70-80%; dendritas de litio metálico; y la necesidad de un electrolito "pobre" para lograr métricas competitivas a nivel de paquete. Históricamente, las celdas de Li–S de alta energía se desvanecían dentro de 100-200 ciclos a un 80% de capacidad; investigaciones utilizando arquitecturas de confinamiento (por ejemplo, policloruro de poliacrilonitrilo o carbones nanoporos), electrolitos de alta concentración/basados en éter con aditivos (como LiNO3), interfaces protectoras y separadores sólidos o híbridos han llevado la vida de ciclo a cientos de ciclos en prototipos. En los últimos meses, múltiples empresas han informado públicamente sobre actividades en líneas piloto de Li–S y evaluaciones tempranas en el ámbito aeroespacial/defensa, citando energías gravimétricas en la clase de ~400-500 Wh/kg para celdas de demostración—que aún están por debajo de la vida útil de grado automotriz, tasas de carga rápida y energía volumétrica (a menudo inferior a las de iones de litio) pero atractivas donde la masa domina el valor.
Los compromisos definen el corto plazo. Las baterías de plomo-ácido perduran para roles de bajo costo y baja energía con un reciclaje inigualable. Las NiMH siguen siendo un caballo de batalla duradero para algunos híbridos. Las de iones de litio dominan los BEVs debido a su energía equilibrada (paquete de 150-200 Wh/kg), potencia, trayectoria de costo y madurez en ingeniería de seguridad; el bajo costo de LFP y su cadena de suministro libre de cobalto/níquel están llevando a los EVs de nivel inicial y autobuses hacia químicas de hierro.
El Li–S promete una energía gravimétrica revolucionaria y utiliza azufre abundante y de bajo costo, pero debe resolver la vida de ciclo bajo una alta profundidad de descarga, el revestimiento de litio libre de dendritas, la estabilidad en el calendario y la fabricabilidad con bajos ratios de electrolito a azufre para ser competitivo a nivel de paquete. Para su adopción, se espera que el litio-ion—especialmente las variantes LFP y ricas en manganeso—anclen los EVs a lo largo de la década, mientras que el Li–S aparecerá primero en drones, plataformas de gran altitud y vehículos de nicho donde el peso supera a la longevidad y la energía volumétrica. Las políticas pueden acelerar el progreso financiando investigaciones de durabilidad y seguridad para sistemas de litio metálico, apoyando caminos de reciclaje más allá de las de plomo-ácido (incluyendo Li-ion y químicas que contengan azufre), y mitigando riesgos en las cadenas de suministro nacionales. Si el Li–S logra más de 500 ciclos, carga rápida relevante para automóviles y objetivos volumétricos a un costo de celda de <$100/kWh, podría abrir segmentos de EVs ligeros de largo alcance; hasta entonces, las mejoras continuas en iones de litio ofrecerán la mayoría de las ganancias en el mundo real.
