IDTechEx analiza la Vinculación de la electrificación de los automóviles, la química de las baterías y la demanda de cobre

IDTechEx analiza la Vinculación de la electrificación de los automóviles, la química de las baterías y la demanda de cobre

El cobre es un material fundamental en la fabricación de todos los vehículos, independientemente de si funcionan con gas, diésel, electricidad, hidrógeno o incluso gas natural licuado (GNL). La demanda de cobre de la industria automotriz fue de poco más de 3 TM (1 TM = mil millones de kilogramos) en 2023, pero aumentará a 5 TM en 2034. Esta tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 4,8% fue el hallazgo de un nuevo informe de IDTechEx. , " Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos ", y el motor clave de este crecimiento: la electrificación.

Los vehículos actuales ya contienen mucho cobre, que se utiliza principalmente en el cableado. Los automóviles se han vuelto más grandes y complejos a lo largo de las décadas, lo que ha provocado que sus requisitos de cableado aumenten de un puñado de conexiones a miles. El mazo de cables es ahora un extenso laberinto que se extiende literalmente por kilómetros a lo largo del automóvil. Y el peso de estos kilómetros de cables se suma. El mazo de cables es uno de los componentes más pesados ​​de un vehículo; algunos vehículos tienen arneses de más de 60 kg y contienen un promedio de aproximadamente 25 kg de cobre.

Los automóviles siguen volviéndose más complejos y requieren aún más cableado. Y, a pesar de que Tesla y otros trabajan para lograr una red de vehículos simplificada, optimizada y más eficiente, IDTechEx predice que el mazo de cables seguirá creciendo en los próximos años. Sin embargo, el cobre adicional necesario para el creciente mazo de cables queda eclipsado por la nueva demanda de cobre generada a través de la electrificación.

La construcción de un tren motriz eléctrico requiere muchos componentes que consumen mucho cobre y que antes no eran necesarios para los vehículos con motor de combustión interna. Los motores de tracción, el cableado de alto voltaje, el inversor y el cargador requieren entre 10 y 15 kg. El motor es el factor determinante en este rango, y factores como tener motores simples o dobles y el diseño de los motores tienen un gran impacto en el cobre requerido. Sin embargo, la demanda de cobre para estos componentes individuales es todavía pequeña en comparación con la batería. La investigación de IDTechEx encuentra que la batería promedio de 64 kWh de un automóvil totalmente eléctrico requiere 25,4 kg de cobre. 

 

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Las propiedades eléctricas y químicas del cobre significan que se utiliza en toda la batería. Cada celda de la batería, de las cuales hay cientos o miles, contiene una lámina de cobre para sacar la energía de la celda. Además, hay grandes barras de cobre a lo largo de la batería que transportan la energía de todas las celdas fuera de la batería y la transfieren a los cables de alto voltaje y, finalmente, a la electrónica de potencia y al motor.

Por supuesto, el cobre no es el único elemento capaz de cumplir estas tareas, pero en la mayoría de los casos, son sus propiedades físicas, eléctricas y químicas las que tienen más sentido. El aluminio es un candidato común para reemplazar al cobre. Cuesta aproximadamente un tercio del precio del cobre y es menos denso y, por lo tanto, típicamente más liviano que el cobre. El aluminio ha tenido cierta aceptación en las barras colectoras y el cableado, siendo Tesla uno de los grandes adoptantes. Sin embargo, esto sólo representa alrededor del 10-20% del contenido de cobre de la batería, siendo el resto las láminas de las celdas.

La lámina de cobre solo se usa en el lado del cátodo y, debido a la forma en que el aluminio interactúa con el litio en el terminal negativo de la batería, no se puede usar aquí. Asimismo, el cobre se disolvería si se utilizara como colector de corriente en el ánodo. Hay otros materiales que podrían reemplazar al cobre en el cátodo, como el acero inoxidable, el carbono/grafito y el titanio, pero tienen problemas relacionados con su costo, peso y conductividad, lo que significa que su adopción es muy poco probable.

Entonces, siendo la lámina de cobre la única opción razonable como corriente, ¿hay algo que pueda frenar su creciente demanda? El informe de IDTechEx, "Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos", encuentra que existen un par de mecanismos que reducen la cantidad de cobre necesaria por kilovatio hora de capacidad de la batería. El primero es pasar a láminas de aluminio más delgadas. El espesor de lámina de cobre estándar actual es de 10 µm, pero IDTechEx ha visto empresas trabajando en láminas con espesores de 6 µm e inferiores. El otro factor que afecta la intensidad del cobre es la química de la batería.

La química de la batería es uno de los factores más importantes que rigen la cantidad de energía que puede almacenar una celda. Suponiendo que todo lo demás sigue igual, como el espesor de los materiales y el factor de forma de las celdas, entonces si la química A tiene el doble de energía que la química B, las baterías fabricadas con la química A tendrán la mitad del cobre que las baterías con la química B para la misma capacidad energética general. . En realidad, esta no está muy lejos de la situación de las principales químicas de baterías: NMC y LFP. La investigación de IDTechEx encontró que la intensidad promedio de cobre en kg/kWh de una celda LFP era casi el doble que la de una celda NMC.

Hay otras sustancias químicas disponibles y tienen su lugar en la electrificación, pero para el mercado automotriz durante los próximos 10 años, IDTechEx predice que LFP y NMC dominarán, representando más del 90% del mercado entre ellos. Es probable que LFP aumente su cuota de mercado de aquí a entonces gracias a su densidad energética suficientemente buena y a sus precios más bajos en comparación con NMC. Esto provocará un aumento correspondiente en la demanda de cobre para vehículos eléctricos, ya que, junto con la mayor intensidad de cobre de LFP, IDTechEx también espera que aumente el tamaño promedio de las baterías por vehículo.

La electrificación y la química de las baterías son un factor importante para determinar la demanda futura de cobre de la industria automotriz. Sin embargo, el informe de mercado "Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos" cubre muchos otros factores, como las topologías de los motores, las tendencias de la electrónica de potencia y la creciente demanda de conducción autónoma, todos los cuales tienen un impacto tangible en el cobre total. demanda de la industria automotriz.

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