El mundo necesita más energía, preferiblemente en una forma que sea limpia y renovable.Nuestras estrategias de almacenamiento de energía están determinadas actualmente por las baterías de iones de litio (a la vanguardia de dicha tecnología), pero ¿qué podemos esperar en los próximos años?
Comencemos con algunos conceptos básicos sobre la batería.Una batería es un paquete de una o más celdas, cada una de las cuales tiene un electrodo positivo (el cátodo), un electrodo negativo (el ánodo), un separador y un electrolito.El uso de diferentes productos químicos y materiales para estos afecta las propiedades de la batería: cuánta energía puede almacenar y producir, cuánta energía puede proporcionar o la cantidad de veces que se puede descargar y recargar (también llamada capacidad de ciclo).
Las empresas de baterías experimentan constantemente para encontrar productos químicos que sean más baratos, más densos, más ligeros y más potentes.Hablamos con Patrick Bernard, director de investigación de Saft, quien nos explicó tres nuevas tecnologías de baterías con potencial transformador.
BATERÍAS DE IONES DE LITIO DE NUEVA GENERACIÓN
¿Qué es?
En las baterías de iones de litio (li-ion), el almacenamiento y la liberación de energía se obtienen mediante el movimiento de los iones de litio desde el electrodo positivo al negativo de un lado a otro a través del electrolito.En esta tecnología, el electrodo positivo actúa como fuente inicial de litio y el electrodo negativo como anfitrión del litio.Bajo el nombre de baterías de iones de litio se reúnen varias químicas, como resultado de décadas de selección y optimización casi perfecta de materiales activos positivos y negativos.Los óxidos o fosfatos metálicos litiados son el material más comúnmente utilizado como materiales positivos presentes.Como materiales negativos se utilizan grafito, pero también grafito/silicio u óxidos de titanio litiados.
Con materiales y diseños de celdas reales, se espera que la tecnología de iones de litio alcance un límite energético en los próximos años.Sin embargo, descubrimientos muy recientes de nuevas familias de materiales activos disruptivos deberían desbloquear los límites actuales.Estos compuestos innovadores podrán almacenar más litio en electrodos positivos y negativos y permitirán por primera vez combinar energía y potencia.Además, con estos nuevos compuestos también se tiene en cuenta la escasez y criticidad de las materias primas.
¿Cuáles son sus ventajas?
Hoy en día, entre todas las tecnologías de almacenamiento de última generación, la tecnología de baterías de iones de litio permite el mayor nivel de densidad de energía.Rendimientos como la carga rápida o la ventana de funcionamiento de temperatura (de -50 °C a 125 °C) se pueden ajustar mediante la gran variedad de diseños y químicas de celdas.Además, las baterías de iones de litio presentan ventajas adicionales, como una autodescarga muy baja y una vida útil y un rendimiento cíclico muy prolongados, normalmente miles de ciclos de carga/descarga.
¿Cuándo podemos esperarlo?
Se espera que la nueva generación de baterías avanzadas de iones de litio se implemente antes que la primera generación de baterías de estado sólido.Serán ideales para su uso en aplicaciones como sistemas de almacenamiento de energía pararenovablesy transporte (marina, vias ferreas,aviacióny movilidad todoterreno) donde la alta energía, la alta potencia y la seguridad son obligatorias.
BATERÍAS DE LITIO-SULFUR
¿Qué es?
En las baterías de iones de litio, los iones de litio se almacenan en materiales activos que actúan como estructuras huésped estables durante la carga y descarga.En las baterías de litio-azufre (Li-S) no hay estructuras huésped.Durante la descarga, el ánodo de litio se consume y el azufre se transforma en una variedad de compuestos químicos;durante la carga, se produce el proceso inverso.
¿Cuáles son sus ventajas?
Una batería Li-S utiliza materiales activos muy ligeros: azufre en el electrodo positivo y litio metálico como electrodo negativo.Por eso su densidad energética teórica es extraordinariamente alta: cuatro veces mayor que la del ion litio.Eso lo convierte en una buena opción para las industrias de la aviación y el espacio.
Saft ha seleccionado y favorecido la tecnología Li-S más prometedora basada en electrolitos de estado sólido.Esta vía técnica aporta una densidad de energía muy alta, una larga vida útil y supera los principales inconvenientes del Li-S de base líquida (vida limitada, alta autodescarga,…).
Además, esta tecnología es complementaria a la de iones de litio en estado sólido gracias a su densidad de energía gravimétrica superior (+30% en juego en Wh/kg).
¿Cuándo podemos esperarlo?
Ya se han superado importantes barreras tecnológicas y el nivel de madurez está avanzando muy rápidamente hacia prototipos a gran escala.
Para aplicaciones que requieren una batería de larga duración, se espera que esta tecnología llegue al mercado justo después de la de iones de litio de estado sólido.
BATERÍAS DE ESTADO SÓLIDO
¿Qué es?
Las baterías de estado sólido representan un cambio de paradigma en términos de tecnología.En las baterías modernas de iones de litio, los iones se mueven de un electrodo a otro a través del electrolito líquido (también llamado conductividad iónica).En las baterías totalmente sólidas, el electrolito líquido se reemplaza por un compuesto sólido que, no obstante, permite que los iones de litio migren en su interior.Este concepto no es nada nuevo, pero en los últimos 10 años, gracias a una intensa investigación a nivel mundial, se han descubierto nuevas familias de electrolitos sólidos con una conductividad iónica muy alta, similar a la del electrolito líquido, lo que permite superar esta particular barrera tecnológica.
Hoy,saftLos esfuerzos de Investigación y Desarrollo se centran en 2 tipos principales de materiales: polímeros y compuestos inorgánicos, buscando la sinergia de propiedades físico-químicas como la procesabilidad, la estabilidad, la conductividad…
¿Cuáles son sus ventajas?
La primera gran ventaja es una marcada mejora en la seguridad a nivel de celdas y baterías: los electrolitos sólidos no son inflamables cuando se calientan, a diferencia de sus homólogos líquidos.En segundo lugar, permite el uso de materiales innovadores de alto voltaje y alta capacidad, lo que permite baterías más densas y livianas con una mejor vida útil como resultado de una menor autodescarga.Además, a nivel de sistema, aportará ventajas adicionales como una mecánica simplificada, así como una gestión térmica y de seguridad.
Como las baterías pueden presentar una alta relación potencia-peso, pueden ser ideales para su uso en vehículos eléctricos.
¿Cuándo podemos esperarlo?
Es probable que salgan al mercado varios tipos de baterías de estado sólido a medida que continúe el progreso tecnológico.Las primeras serán baterías de estado sólido con ánodos a base de grafito, que mejorarán el rendimiento energético y la seguridad.Con el tiempo, deberían estar disponibles comercialmente tecnologías de baterías de estado sólido más ligeras que utilicen un ánodo de litio metálico.
Hora de publicación: 03-ago-2022