Baterías

Baterías de almacenamiento energético

Las baterías como vector energético son una de las soluciones más utilizadas y que mejor futuro tienen para combinarse con las energías renovables.

Todos sabemos que el principal problema de la energías renovables es su intermitencia. Sin embargo, este problema puede verse suplido por baterías, almacenando energía cuando tenemos renovables de sobra y liberándola cuando no hay.

Suponen varios retos tecnológicos para tratar con ellas sin reducir su vida útil ni su rendimiento. Los costes de éstas se van reduciendo y aparecen nuevas tecnologías a menudo, lo que van a ser claves para la transición energética y el coche eléctrico.

Funcionamiento de las baterías

Las baterías funcionan gracias a principios químicos en los que dos compuestos o más reaccionan y liberan electrones cuando se conecta una carga. Depende de los compuestos y la tecnología, funciona de una manera u otra, pero el principio viene a ser el mismo.

Suelen estar compuestas por varias celdas conectadas en serie o en paralelo en función de la tensión y corriente que se quiera tener. Estas celdas están compuestas por un ánodo, un cátodo,  los reactivos y el electrolito.

Al cargar la batería se generan reacciones en las que los iones se transfieren a través del electrolito y los electrones fluyen de un lado a otro a través de la fuente de energía. Cuando ya está cargada, si conectamos una carga volverán los iones y los electrones al lado original para producirse la reacción de vuelta. Es este movimiento de electrones a través de la carga el que permite alimentarla.

Ambas partes están inicialmente separadas, por lo que la reacción no se puede dar en reposo, ya que se agotaría la batería. Solamente cuando conectamos un cable entre el polo positivo y el negativo conseguimos que los electrones pasen de una parte a otra y pueda darse la reacción.

Esto se trata de un funcionamiento básico y general, aunque existen distintas formas de conseguir este almacenamiento electroquímico que no vamos a explicar aquí.

Cabe destacar una tecnología a la hora de fabricar baterías que está en proceso de investigación y que podría ser un paso muy importante para las baterías de almacenamiento a gran escala. Esta es la denominada tecnología ACAES.

Tipos de baterías

Hay mucho tipos de batería, las de plomo-ácido eran las más utilizadas antaño pero se han visto sustituidas por las de litio-ion y las de níquel. Estas últimas son más caras pero tienen un ciclo de vida, un rendimiento y una densidad energética mucho mayor.

Vamos a explicar por encima cada una de las principales tecnologías que se contemplan actualmente para el almacenamiento energético. Algunas de ellas están en fase de investigación pero vale la pena conocerlas. Si quieres saber más tenemos una entrada dedicada a los tipos de baterías.

Batería de litio

Las baterías de litio son la joya de la corona en la actualidad. Para ser más concretos  son la baterías de litio-ion, pudiendo ser este ion muy diferente en función del uso.

Estas baterías tienen una densidad energética bastante alta, unos de los mejores ciclos de vida y ha alcanzado el precio más competitivo del mercado.

Batería de níquel

Otra de las tecnologías más comunes son las baterías de níquel junto con otros compuestos como el cadmio o el óxido de hierro.

El rendimiento suele ser menor que las de litio por regla general pero soluciones como las baterías de níquel-metal hidruro se asemejan bastante.

Batería de estado sólido

Las baterías de estado sólido están todavía en una fase muy temprana, pero todo apunta a que terminarán sustituyendo a las de litio-ion.

Al fin y al cabo se trata de una batería de litio pero cuyo electrolito es sólido y no líquido. Esto hace que el rendimiento sea similar pero tienen la mejora de ser más compactas y más seguras.

Batería de grafeno

El grafeno es uno de esos materiales revolucionarios que no termina por extenderse en el día a día. En el caso de las baterías, sus conductividad permite tener una alta densidad energética y soportar cargas y descargas más rápidas y profundas.

Has varias empresas desarrollando modelos muy interesantes. Si quieres profundizar más al respecto, aquí tienes una entrada sobre las baterías de grafeno.

Uso de las baterías

Dispositivos portátiles

Las baterías han permitido a expansión de los dispositivos portátiles como los ordenadores, móviles, relojes inteligentes, etc.

Las tecnologías más utilizadas en los dispositivos portátiles son de litio-ion y de polímero de litio. Podemos hacernos una idea de la cantidad de litio que se requiere para estas aplicaciones, por lo que el reciclaje de estos dispositivos es fundamental.

Baterías para placas solares

No podemos olvidar en este blog el uso de baterías con energías renovables como la solar o la eólica.

El precio de las baterías de tamaño considerable hace que cueste a la gente adquirirlas junto con sus placas solares, ya que fácilmente te dobla el precio de la instalación.

Lo interesante de tener un sistema de almacenamiento es que normalmente el mayor consumo se hace durante la tarde-noche, por lo que la generación en ese punto es prácticamente nula. Si instalamos baterías, podemos almacenar el excedente de energía durante el día y aprovecharlo por la noche.

En el caso de los parques fotovoltaicos, en España está costando que se utilicen baterías, ya que aumentan el coste de la instalación considerablemente. Aún así, el precio que se puede obtener por la venta de energía es mayor por poder vender a mercado en horario de mayor demanda y la energía total es mayor porque no se desaprovecha el clipping fotovoltaico.

Baterías para el coche eléctrico

El coche eléctrico es otro de los sectores donde las baterías van a jugar un papel fundamental. La flota actual de vehículos es inmensa y sustituirlos todos por coches eléctricos va a requerir una cantidad de baterías considerable.

Las tecnologías que se utilizan son variadas, siendo la más utilizada la de litio-ion por las características que hemos comentado anteriormente. Se suelen instalar en los bajos del vehículo para dar estabilidad y los tamaños son muy variados.

En cuanto a capacidad, podemos ir desde los 22 kWh de los BMW i3 hasta los 100 kWh de la gama alta de los Tesla. Esta capacidad se va disminuyendo con el tiempo en mayor o menor medida según cómo se trate. Para una mayor durabilidad se recomiendan cargas lentas e intentar mantenerse en el rango del 20-80% de nivel de carga.

Batería Tesla

Tesla, de la mano de Elon Musk, lleva años posicionando su marca en cuanto a coche eléctrico e investigando sobre nuevas formas de baterías para conseguir unos vehículos con prestaciones similares a los de combustión.

De hecho, su CEO Elon Musk asegura que podrían conseguir perfectamente una autonomía incluso mayor que los de combustión. Sin embargo, considera que no es algo lógico y que el coche eléctrico debe cambiar el paradigma en cuanto al repostaje de los vehículos.

Pero Tesla no se dedica sólo al coche eléctrico. Cómo su gran posicionamiento en el mercado pasa por su tecnología de baterías, también tiene el llamado Powerwall.

El Powewall de Tesla se trata de un sistema de almacenamiento para casa que puede cargarse directamente desde la red o desde módulos fotovoltaicos y puede descargarse para nuestro consumo o para vender la energía a la red.

Puede instalarse tanto en pared como en suelo y tiene un peso de 114 kg. Con su autonomía de 13,5 kWh y su potencia nominal de 5 kW permite al menos 2,5 horas de consumo a máxima potencia.

Para una vivienda estándar, con un sistema fotovoltaico de 5 kWp junto con esta Powerwall puede conseguirse perfectamente el autoconsumo total.