El coste de las baterías recargables de iones de litio que se utilizan en los teléfonos, los ordenadores portátiles y los coches se ha reducido drásticamente en las últimas tres décadas y ha sido uno de los principales motores del rápido crecimiento de estas tecnologías. Pero los intentos de cuantificar ese descenso de los costes han producido resultados ambiguos y contradictorios que han dificultado los intentos de proyectar el futuro de la tecnología o de diseñar políticas y prioridades de investigación útiles.

Ahora, investigadores del MIT han realizado un análisis exhaustivo de los estudios que han analizado el descenso de los precios de estas baterías, que son la tecnología recargable dominante en el mundo actual. El nuevo estudio se remonta a más de tres décadas, incluyendo el análisis de los conjuntos de datos y documentos originales subyacentes siempre que sea posible, para llegar a una imagen clara de la trayectoria de la tecnología.

Los investigadores descubrieron que el coste de estas baterías se ha reducido en un 97% desde su introducción comercial en 1991. Este ritmo de mejora es mucho más rápido de lo que muchos analistas habían afirmado y es comparable al de los paneles solares fotovoltaicos, que algunos habían considerado un caso excepcional. Los nuevos resultados se publican hoy en la revista Energy and Environmental Science, en un artículo elaborado por el postdoctorado del MIT Micah Ziegler y la profesora asociada Jessika Trancik.

Aunque está claro que se han producido descensos drásticos en los costes de algunas tecnologías de energía limpia, como la solar y la eólica, según Trancik, cuando empezaron a estudiar el descenso de los precios de las baterías de iones de litio, "vimos que había un desacuerdo sustancial en cuanto a la rapidez con que habían bajado los costes de estas tecnologías". Desacuerdos similares aparecieron al rastrear otros aspectos importantes del desarrollo de las baterías, como la densidad energética (energía almacenada en un volumen determinado) y la energía específica (energía almacenada en una masa determinada), que son cada vez mejores.

"Estas tendencias son muy importantes para llegar a donde estamos ahora y también para pensar en lo que podría pasar en el futuro", dice Trancik, que es profesor asociado del Instituto de Datos, Sistemas y Sociedad del MIT. Si bien es sabido que el descenso de los costes de las baterías ha propiciado el reciente crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos, por ejemplo, no estaba claro hasta qué punto había sido ese descenso. Gracias a este análisis detallado, dice, "pudimos confirmar que sí, que las tecnologías de baterías de iones de litio han mejorado en cuanto a sus costes, a un ritmo comparable al de la tecnología de la energía solar, y en concreto de los módulos fotovoltaicos, que a menudo se presentan como una especie de patrón de oro en la innovación de las energías limpias".

Puede parecer extraño que haya tanta incertidumbre y desacuerdo sobre cuánto han bajado los costes de las baterías de iones de litio y a qué factores se debe, pero en realidad gran parte de la información se encuentra en forma de datos corporativos muy reservados y de difícil acceso para los investigadores. La mayoría de las baterías de iones de litio no se venden directamente a los consumidores: no se puede ir a la típica farmacia de la esquina a comprar una batería de repuesto para el iPhone, el PC o el coche eléctrico. En cambio, los fabricantes compran las baterías de iones de litio y las incorporan a los aparatos electrónicos y a los coches. Grandes empresas como Apple o Tesla compran baterías por millones, o las fabrican ellos mismos, por precios que se negocian o se contabilizan internamente pero que nunca se hacen públicos.

Además de ayudar a impulsar la electrificación del transporte, un nuevo descenso de los costes de las baterías de iones de litio podría aumentar su uso en aplicaciones estacionarias como forma de compensar el suministro intermitente de fuentes de energía limpia como la solar y la eólica. Ambas aplicaciones podrían desempeñar un papel importante para ayudar a frenar las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero que alteran el clima. "No puedo exagerar la importancia de estas tendencias en la innovación de la energía limpia para llegar a donde estamos ahora, donde empieza a parecer que podríamos ver una rápida electrificación de los vehículos y estamos viendo el rápido crecimiento de las tecnologías de energía renovable", dice Trancik. "Por supuesto, hay mucho más que hacer para abordar el cambio climático, pero esto ha sido realmente un cambio de juego".

Los nuevos hallazgos no se limitan a repasar la historia del desarrollo de las baterías, sino que ayudan a orientar el futuro, señala Ziegler. Al examinar toda la bibliografía publicada sobre el tema de la reducción de costes de las pilas de iones de litio, encontró "medidas muy diferentes de la mejora histórica". Y en distintos trabajos, los investigadores utilizaban estas tendencias para hacer sugerencias sobre cómo seguir reduciendo los costes de las tecnologías de iones de litio o cuándo podrían alcanzar los objetivos de coste". Pero como los datos subyacentes variaban tanto, "las recomendaciones que hacían los investigadores podían ser muy diferentes". Algunos estudios sugerían que las baterías de iones de litio no bajarían de coste con suficiente rapidez para determinadas aplicaciones, mientras que otros eran mucho más optimistas. Estas diferencias en los datos pueden tener, en última instancia, un impacto real en el establecimiento de las prioridades de investigación y los incentivos gubernamentales.

Los investigadores indagaron en las fuentes originales de los datos publicados, y en algunos casos descubrieron que ciertos datos primarios se habían utilizado en múltiples estudios que luego se citaron como fuentes separadas, o que las fuentes de datos originales se habían perdido por el camino. Y aunque la mayoría de los estudios se han centrado sólo en el coste, Ziegler afirma que quedó claro que un análisis unidimensional de este tipo podría subestimar la rapidez con la que mejoran las tecnologías de iones de litio; además del coste, el peso y el volumen son también factores clave tanto para los vehículos como para la electrónica portátil. Así que el equipo añadió una segunda vía al estudio, analizando también las mejoras en estos parámetros.

"Las baterías de iones de litio no se adoptaron porque eran la tecnología menos cara en ese momento", dice Ziegler. "Había tecnologías de baterías menos caras. La tecnología de iones de litio se adoptó porque permite poner aparatos electrónicos portátiles en la mano, porque permite fabricar herramientas eléctricas que duran más y tienen más potencia, y porque nos permite construir coches" que pueden proporcionar una autonomía adecuada. "Me pareció que mirar sólo los dólares por kilovatio-hora era contar sólo una parte de la historia", dice.

Ese análisis más amplio ayuda a definir lo que puede ser posible en el futuro, añade: "Decimos que las tecnologías de iones de litio podrían mejorar más rápidamente para ciertas aplicaciones de lo que se proyectaría mirando sólo una medida de rendimiento. Si se tienen en cuenta varias medidas, se obtiene una imagen más clara de la tasa de mejora, y esto sugiere que podrían mejorar más rápidamente para aplicaciones en las que se relajan las restricciones de masa y volumen".

Trancik añade que el nuevo estudio puede desempeñar un papel importante en la elaboración de políticas relacionadas con la energía. "Las tendencias de los datos publicados sobre las pocas tecnologías limpias que han experimentado grandes reducciones de costes a lo largo del tiempo, la eólica, la solar y, ahora, las baterías de iones de litio, tienden a ser referenciadas una y otra vez, y no sólo en los trabajos académicos, sino en los documentos políticos y los informes de la industria", afirma. "Muchas conclusiones importantes de la política climática se basan en estas pocas tendencias. Por esta razón, es importante acertar con ellas. Hay una necesidad real de tratar los datos con cuidado, y de elevar nuestro juego en general en el tratamiento de los datos tecnológicos y el seguimiento de estas tendencias."

"Los costes de las baterías determinan la paridad de precios de los vehículos eléctricos con los de motor de combustión interna", afirma Venkat Viswanathan, profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad Carnegie Mellon, que no ha participado en este trabajo. "Por tanto, proyectar el descenso del coste de las baterías es probablemente uno de los retos más importantes para garantizar una comprensión precisa de la adopción de los vehículos eléctricos".

Viswanathan añade que "la constatación de que el descenso de los costes puede producirse más rápidamente de lo que se pensaba permitirá una adopción más amplia, aumentando los volúmenes y conduciendo a un mayor descenso de los costes. ... Los conjuntos de datos recopilados, analizados y publicados con este trabajo tendrán un impacto duradero en la comunidad".

El trabajo ha contado con el apoyo de la Fundación Alfred P. Sloan.