Presente y futuro de las baterías de almacenamiento de energía

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La principal solución a la discontinuidad de las energías renovables es el almacenamiento energético. Un desafío cuya solución supondría la eliminación de las pérdidas constantes de energía, pudiendo aprovechar los excedentes, maximizando la eficiencia energética y reduciendo los costes.

En los últimos meses se han escuchado nombres como Tesla, la famosa batería de almacenamiento de  Powerwall para el hogar. De hecho, este viernes 29 de Julio se inaugurará la gigafactoria de baterías Tesla en Nevada la cual pretende cambiar el modelo de fabricación de baterías en el mundo.

En los últimos años, el precio de las baterías es cada vez más asequible para empresas y consumidores individuales. En este post os resumimos la información actualizada acerca de los diferentes tipos de baterías, enfocándonos a las baterías para autoconsumo.

En primer lugar definimos en qué consiste una batería de almacenamiento de energía. La energía eléctrica puede ser generada, transportada y transformada pero su almacenamiento es complejo, sobretodo en grandes cantidades. Las baterías de almacenamiento energético de las que hablaremos son baterías eléctricas donde se cuenta con celdas electroquímicas, estas permiten almacenar energía en forma química mediante el proceso de carga, y liberarla como energía eléctrica, durante la descarga, mediante reacciones químicas reversibles. Todas las baterías son similares en su construcción y están formadas por un número de celdas compuestas de electrodos positivos y negativos, separadores y de electrolito.

A la hora de estudiar las características y prestaciones de las baterías, además de su adecuación para el sistema en el que se trabaje, se manejan una serie de conceptos que definimos a continuación:

  • Profundidad de descarga: Indica el estado de carga de la batería e indica la relación entre la capacidad descargada y la capacidad nominal de la batería, es decir la cantidad de energía que se extrae de la batería respecto al total que almacena.
  • Tiempo de vida: Indica el tiempo que se espera que dure la batería, independientemente de las veces que se cargue y descargue. Solo influye la temperatura y el estado de carga que se establece en modo flotación donde la batería está plenamente cargada pero se le mantiene conectado un cargador especial recibiendo una pequeña corriente que garantice el estado de carga del 100%, que repone la energía perdida en el estado de no uso. Este concepto es importante, ya que no es el tiempo que realmente durará la batería siendo usada.
  • Ciclos de vida: Se denomina ciclo de una batería a la sucesión de una descarga seguida de su posterior recarga hasta recuperar completamente la energía extraída.

Baterías en el mercado actual 

Existen dos principales tipos de baterías a la hora de elegir en un sistema de autoconsumo: baterías de plomo y litio.

En la siguiente tabla se muestra un resumen con algunas de las principales características de cada tipo.

 

 

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A continuación se desarrolla en detalle cada tipo de baterías:

Baterías de plomo ácido

Son las más antiguas y más consolidadas. En este tipo de baterías es el más usado en la actualidad, dado su bajo coste. En ella, los dos electrodos están hechos de plomo y el electrolito es una solución de agua destilada y ácido sulfúrico. Estas baterías cuentan con algunas desventajas como la peligrosidad y contaminación asociada al plomo, su baja densidad de energía (elevado peso para poca capacidad de almacenamiento) y el hecho de acortar su vida si se producen “descargas profundas”. Esto es, cuando la batería se descarga por debajo del 50% de su capacidad.

Las baterías de plomo pueden ser de dos tipos, en función del estado del electrolito:

  1. BATERÍAS LÍQUIDAS TRADICIONALES. También llamadas OPzS, O: estacionaria, PZ: Plomo tubular, S: electrolito líquido. Este tipo es el más barato, pero cuenta con algunas desventajas como la necesidad de mantenimiento (es necesario mantener el nivel de agua destilada de la batería dentro de un mínimo).
  2. TIPO GEL también llamadas Valve-regulated lead acid (VRLA) o MONOBLOCK. Este tipo se caracteriza por no contar con el electrolito en estado líquido, por lo que no requieren del mantenimiento de las baterías de plomo tradicionales. A su vez, en este caso se encuentran dos subtipos según se encuentre fijado el electrolito:-Absorbent glass mat (AGM, electrolito absorbido por capilaridad)-GEL (electrolito inmovilizado, conocidas también como OPzV, O: estacionaria, PZ: Plomo tubular, V: gel)

Pese a la mayor competitividad económica de las baterías de este tipo, sus peores prestaciones hacen que la batería de litio suponga una alternativa interesante, sobretodo tras su reciente caída de precios.

Baterías de litio

Son el tipo de batería que tiene nuestro teléfono móvil. Estas baterías cuentan con mayores prestaciones de operación que las baterías de plomo.  Tienen la mitad de peso que las baterías de plomo, no suponen peligros ni impactos ambientales, no requieren mantenimiento y soportan condiciones de operación más severas. Con mayores profundidades de descarga y ciclos de vida, su mayor desventaja es el mayor coste. Sin embargo, su rápida penetración en mercado está provocando una rápida bajada de precios.  Se tienen tres subtipos que ofrecen diferentes prestaciones: Ión Litio, Fosfato de litio y Polímero de litio. Actualmente compañías como Panasonic preveen que la demanda de este tipo de baterías vaya a duplicar sus ventas de cara a 2019. 

Baterías futuras

El almacenamiento energético es un sector con un ritmo de avance vertiginoso. Se están estudiando actualmente nuevas tecnologías de almacenamiento que serán altamente prometedoras en el futuro. Entre las tecnologías más interesantes se encuentran las siguientes:

  • Litio- Aire (también conocidas como Litio-Oxígeno) : Un nuevo tipo de baterías de litio y oxígeno es lo que ha desarrollado un grupo de científicos del MIT, del Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Pekín. Estas baterías de cátodos de nanolitio vienen a arreglar las principales desventajas de las baterías de litio-aire pensadas para los coches. Las nuevas baterías que han desarrollado permiten almacenar el doble de capacidad que las que se habían descubierto hasta ahora, y podrían llegar incluso a cuadruplicarlas.
  • Aluminio-Aire: Estas baterías emplean el aluminio,un metal muy abundante. Se esperan mejores prestaciones que el plomo y fueron recientemente patentadas por Albufera Energy Storage. Su comercialización se espera en 2017 para aplicaciones móviles y pequeños dispositivos.
  • Zinc-Bromo: Esta tecnología se encuadra dentro de las baterías de flujo REDOX. Las baterías de flujo Zn-Br se caracterizan por presentar una alta capacidad de almacenamiento y eficiencia global, con rendimientos de entre el 80% y el 90%. Son baterías de gran fiabilidad y con un diseño flexible, ya que potencia y capacidad se encuentran parcialmente desacopladas. A diferencia de las convencionales, almacenan la energía en tanques externos que contienen los electrolitos. Se espera su venta en 2018 y han sido desarrolladas por JOFEMAR Energy.

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