Todo sobre baterías y almacenamiento de energía

Según el último reeport de Bloomberg (New Energy Outlook 2018) se espera que para el año 2050 la tecnología eólica y solar suministre el 50% del total de la electricidad a nivel mundial. Desde la Unión Europea, se ha establecido una hoja de ruta que pretende la descarbonización en el sector energético de cara a 2050. Las baterías y acumuladores, junto con las energías renovables juegan un papel crucial. Con lo que el total de la electricidad sin emisiones de carbono alcanzará el 71%.

En una sociedad cada vez más comprometida con el medio ambiente y los impactos sociales, económicos y ambientales que se producen por las formas de obtención de energía, la necesidad de un nuevo modelo energético es cada vez mayor. A continuación, queremos proporcionar una visión sobre las posibilidades y tipos de baterías y acumuladores que existen en el mercado.

El cambio climático es la razón y el argumento moral más importante que puede cambiar la visión de la sociedad hacia las fuentes de energía contaminantes. La contaminación ambiental está precipitando un cambio en los sistemas naturales, aumentando progresivamente la huella ecológica de los humanos sobre el ecosistema.

Con el paso del tiempo y la mejora en las tecnologías, los suministros de energía limpia cada vez son más eficientes. Actualmente la contaminación ambiental es en gran medida producida por el transporte y el empleo de energía sucia, anticuada y finita. Por ello, desde el barrio La pinada, proponemos un cambio en los modelos de producción energética es clave para proporcionar un futuro más sostenible.

Tipos de Acumuladores

Tipo Baterías Densidad Energética Potencia Específica Durabilidad (ciclos carga-descarga)
Plomo-Ácido 60-100  W·h/L 180 Wh/kg 500-800 ciclos
Níquel-Cadmio 50–150 W·h/L 150 W/kg 2000 ciclos
Níquel-Hidruro Metálico 140–300 W·h/L 250–1,000 W/kg 500-2000 ciclos
Li-ion 250–730 W·h/L 250-~340 W/kg 1200 ciclos
Polímero de Litio 300 W·h/L Hasta 10 kW/kg >1000 ciclos
ZEBRA 160 W·h/L 155 kW/kg, peak power 335 C 3000 ciclos
Aluminio-Aire N/A (Fase experimental) 200 W/Kg N/A (Fase experimental)
Zinc-Aire 1480-9780 Wh/L 100 W/kg No data (Fase experimental)
Baterías con nano tecnologías No data (fase experimental) No data (fase experimental) No data (fase experimental)
Supercondensadores No data (fase experimental) No data (fase experimental) No data (fase experimental)

Baterías de Plomo ácido

Es la batería más empleada y antigua. Tiene un coste bajo y es ideal para el arranque, iluminación y para soporte eléctrico. Comúnmente se emplean como acumuladores eléctricos en vehículos de tamaño-pequeño, por ejemplo el Toyota RAV4 EV. En su contra tienen un peso excesivo. Emplean plomo, por lo que son altamente tóxicas. Necesitan una revisión y reposición del electrolito que se evapora durante la recarga, siendo ésta lenta y costosa.

Baterías Níquel-Cadmio

Son baterías bastante empleadas en la industria del automóvil y ofrecen un gran rendimiento a temperaturas bajas. En su contra tienen el coste elevado de adquisición de materiales, por lo que no suele ser  la solución escogida por fabricantes. Cabe destacar que poseen un efecto memoria, esto significa que la capacidad de acumulación de energía se ve reducida con cada carga/descarga.

Baterías Níquel-Hidruro metálico (Ni-OOH)

Tienen una longevidad alta, es la batería más empleada en coches híbridos. Son similares a las de Níquel-Cadmio, pero ofrecen una capacidad de acumulación mayor. Su densidad energética está entorno a lo 100Wh/Kg.

Es importante destacar que son dañinas para el medio ambiente debido a la composición química de los materiales que componen su interior (pero menos que las de níquel-cadmio). Necesitan un mantenimiento constante y proporcionan un rendimiento menor a bajas temperaturas. En funcionamiento generan mucho calor y se descargan muy rápido. No se emplea en vehículos eléctricos debido a las razones explicadas y a su mala eficiencia, entre el 60-70%.

Baterías ION Litio (LiCoO2)

Formadas por un electrolito de sal de litio y electrolitos de Litio, Cobalto y óxido. 400-500 Km autonomía. Tiene una gran eficiencia (80-90%), eliminan el efecto memoria. Tienen un mantenimiento muy bajo y tienen facilidad de reciclaje de los desechos de ion-litio (aunque se sigue investigando ya que el porcentaje de batería reutilizado es relativamente bajo, entorno al 40%). Tienen el doble de densidad energética que las de níquel-cadmio (250Wh/Kg) y son un tercio más pequeñas que las de níquel-cadmio, con un gran margen de mejora.

En su contra, tienen un elevado coste de reproducción, son frágiles. Alcanzan temperaturas elevadas por lo que pueden explotar por sobrecalentamiento. Ambientalmente tienen grandes problemas debido a los materiales empleados como el cobalto. Se debe enfocar hacia una solución o sustitución de este material extraído principalmente de la “República Democrática del Congo” con técnicas muy dudosas en materia de derechos humanos, seguridad ambiental y medio ambiente.

Baterías ion Litio (LIfePO4)

Formadas por electrolito de sal de litio y electrodos de litio, hierro, fósforo. Con una autonomía entre 150-200 Km. Como ventajas tiene que no emplea cobalto, tiene un mayor estabilidad y seguridad en su uso, presenta un ciclo de vida más largo (hace referencia a la cantidad de ciclos de carga y descarga completos que una batería puede aguantar antes de perder su eficiencia y rendimiento) y mejora la potencia. Pero presenta una densidad energética menor, así como una autonomía que no puede competir con las necesidades actuales para el transporte.

Baterías ion Litio (Polímero de litio)  

Tienen una mayor densidad energética, son ligeras, eficientes y no poseen efecto memoria. Como desventajas tienen un menor ciclo de vida y un elevado coste. Su aspecto blando no las hace las más adecuadas para soluciones aplicadas a vehículos eléctricos. Contiene ⅓ de peso de plomo y un 75% de Ni-HM.

Batería ZEBRA

Son baterías de sal fundida, trabajan con un óptimo de temperatura de 250ºC. Emplean como electrolito Cloroalumiato de sodio triturado. Es un batería compleja de mayor contenido químico. Tiene un gran inconveniente, y es que, en desuso, el electrolito se solidifica y necesita un tiempo de fundición (2 días) para que alcance la temperatura óptima y alcance su carga plenamente. Tiene el mejor ciclo de vida de todas las baterías. Requieren mucho espacio y su potencia es relativamente baja.

Batería Aluminio Aire (Fase Experimental)

Está en fase experimental, pero tendrá una capacidad de almacenamiento diez veces superior a las de ion Litio. Se prevé que la densidad energética que pueda aportar sea inalcanzable para el resto de los tipos. En vez de tener el electrolito cerrado, la batería “respira”. Sus principales problemas vienen de los problemas en la recarga (como por ejemplo, que durante la fase de recarga se forma hidróxido de aluminio, lo que provoca la rotura de las pletinas de aluminio, haciendo necesaria su sustitución) la fiabilidad deficiente y la necesidad de sustituir electrodos de metal gastados (como pilas combustibles). Phinergy, una compañía israelí las desarrolla.

Batería ZINC Aire (Fase Experimental)

Necesitan obtener oxígeno de la atmósfera para generar una corriente y que la batería funcione. Phinergy, también desarrolla este tipo de baterías. Tienen un mayor potencial energético, ofrecen una fiabilidad mayor, siendo capaces de almacenar el triple de energía que las de ion Litio en el mismo volumen con la mitad del coste. Sigue en estado experimental.

Batería Litio estado sólido (Fase Experimental)

El electrolito es de metal de litio en lugar de litio líquido. Ofrecerá una mayor densidad energética, así como una mayor eficiencia energética. No se sobrecalienta tanto, por lo que tienen menor peligro de inflamación. Mejoraran los tiempos de recarga y aumentará el ciclo de vida.

Baterías con Nanotecnologías (Fase experimental)

No es una batería en sí, es un tipo de ánodo aplicable a las actuales baterías. Gracias a la microestructura espacial el ánodo aumenta la superficie de contacto con el electrolito. Aumenta las prestaciones de la batería sin aumentar el tamaño o el peso

Se debe implementar y estudiar la aplicación del grafeno, Trifilina (ya presente en baterías comerciales), nao-hilos, estructuras de espuma, nanoyolk…

Supercondensadores (Fase experimental)

El condensador es el acumulador perfecto. Es un almacén físico de electrones sin electrolito ni reacciones químicas. La velocidad de carga descarga es casi ilimitada Presenta eficiencia de casi el 100%. La vida superaría a la del resto del vehículo

Tienen menor densidad energética, pero si se soluciona o desarrollan innovaciones (como membranas dieléctricas) podría llegar a ser solución.

En la actualidad existen baterías eficientes, pero con el avance tecnológico cabe esperar que los productores de baterías y almacenadores energéticos den un paso más lejos. La sostenibilidad y el ciclo de vida de los elementos químicos que se empleen determinarán el futuro de la movilidad eléctrica,así como del nuevo modelo energético. La flexibilidad en la carga y necesidades energéticas van ligadas de la mano y por consiguiente, el avance e incorporación de nuevas tecnologías proporcionará las herramientas para lograr un futuro eléctrico.

En los próximos días, desde el barrio La pinada  publicaremos un contenido en el que se aborda la reutilización de baterías de vehículos híbridos y eléctricos en funciones de almacenamiento energético. En él, expondremos las ideas principales sobre las que están trabajando actualmente empresas punteras. Con este pequeño contexto en el que se exponen los tipos de baterías que existen en la actualidad, pretendemos aportar un valor para conocer cómo la reutilización (previa al reciclado de las baterías) puede aportar soluciones efectivas para la implementación y penetración de las energías renovables y verdes, así como ayudar en la flexibilidad, autoconsumo y necesidades en área de movilidad eléctrica.

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