Soluciones óptimas de baterías en la movilidad futura

Abstract

Este Trabajo Fin de Máster presenta un modelo circular para la gestión de baterías eléctricas que responde al desafío urgente de una movilidad urbana sostenible. La propuesta se basa en la reutilización en cascada de baterías, prolongando su vida útil mediante un uso secuencial en automóviles eléctricos, vehículos de micromovilidad y sistemas de almacenamiento estacionario. Esta estrategia permite reducir hasta un 40 % las emisiones de CO₂ por batería, disminuir un 70 % los residuos electrónicos y reducir de forma significativa la demanda de materiales críticos como litio, cobalto y níquel.

El sistema se apoya en un diseño modular tipo “matrioska” y en protocolos abiertos que permiten el diagnóstico, reacondicionamiento y redistribución eficiente de las celdas según su nivel de degradación. El modelo ha sido validado mediante una simulación computacional en Python, reproduciendo el ciclo de vida completo de las baterías y evaluando tanto parámetros técnicos como económicos. Los resultados muestran una Tasa Interna de Retorno (TIR) del 14 % con ingresos acumulados de 30 millones de euros en seis años, frente a una inversión inicial de 7,98 millones de euros.

Además, el trabajo demuestra su viabilidad urbana al integrarse en modelos de ciudad de 15 minutos, hubs logísticos de micromovilidad y redes de transporte autónomo, con un potencial de sustitución de hasta 12 coches privados por cada bicicleta o scooter compartido. La compatibilidad del sistema con tecnologías emergentes como las baterías de estado sólido, litio-azufre o sodio-ion refuerza su escalabilidad y resiliencia tecnológica. En conjunto, se trata de una propuesta innovadora, rentable y alineada con la transición energética y urbana hacia un modelo más sostenible.

This Master’s Thesis introduces a circular model for electric battery management as a response to the urgent challenge of sustainable urban mobility. The proposal is based on cascading battery reuse, extending their lifespan through sequential use in electric cars, micromobility systems, and stationary energy storage. This strategy enables up to a 40% reduction in CO₂ emissions per battery, a 70% decrease in electronic waste, and a significant reduction in the demand for critical materials such as lithium, cobalt, and nickel.

The system relies on a modular “matryoshka-style” design and open protocols that allow efficient diagnosis, reconditioning, and redistribution of cells according to their degradation level. The model was validated through a computational Python simulation, replicating the full technical and energy lifecycle of batteries and assessing economic feasibility. Results indicate an Internal Rate of Return (IRR) of 14%, with cumulative revenues of €30 million over six years, against an initial investment of €7.98 million.

Urban feasibility is also demonstrated, integrating with 15-minute city models, micromobility logistics hubs, and autonomous transport networks, where each shared scooter or bike can replace up to 12 private cars. Furthermore, the system’s compatibility with emerging battery technologies such as solid-state, lithium-sulfur, and sodium-ion ensures scalability and long-term resilience. Altogether, this project offers a concrete, profitable, and scalable solution that combines engineering, economics, and urban planning to move towards truly sustainable mobility.