Explorando tipos de baterías de iones de litio para ESS

Stéphane Melançon, experto en baterías y entusiasta de la electricidad de Laserax en EE. UU., habló sobre las características de las diferentes tecnologías de iones de litio y cómo podemos compararlas.

Las baterías de iones de litio (Li-ion) no siempre fueron la mejor opción. A menudo se pasaban por alto porque costaban mucho. Durante mucho tiempo, las baterías de plomo-ácido tomaron la delantera en el mercado de los sistemas de almacenamiento de energía (ESS). Eran más fiables y costaban menos.

Los fabricantes de baterías, los productores de automóviles eléctricos y los gigantes energéticos como LG Chem y Panasonic han invertido miles de millones en la investigación de soluciones energéticas. Esto incluye tecnología de baterías y formas de fabricarlas. Lo hicieron para satisfacer la enorme demanda de baterías de iones de litio. Esto ha hecho que las baterías de iones de litio ESS sean más baratas y de mayor tamaño, lo que les permite hacerse con una porción más grande del creciente pastel del mercado.

En este artículo, analizaremos seis tipos principales de baterías de iones de litio. Analizaremos su potencial en ESS, lo que constituye una buena batería para ESS y el papel que desempeñan otras fuentes de energía.

1. Una inmersión profunda en los tipos de baterías de iones de litio

1.1 Fosfato de hierro y litio (LFP)

Las baterías LFP son las mejores en el mundo de los ESS. Son una opción más limpia porque LFP usa hierro. Comparado con el cobalto y el níquel, el hierro es una opción más ecológica. El hierro también es más barato y más fácil de encontrar, lo que reduce los costos. Hacerlos también cuesta menos.

El jefe de Tesla, Elon Musk, cree que todos los elementos de almacenamiento fijo pasarán a la química de baterías LFP.

Los LFP no tienen tanta potencia para su tamaño. Pero esto no es un gran problema para ESS como lo es para los autos eléctricos, ya que ESS puede extenderse más. Claro, las baterías LFP pesan más, pero eso es sólo una cuestión de instalación. También son más seguros, con menos riesgo de sobrecalentamiento y duran más, con 2000 a 5000 ciclos. La batería MANLY es profesional.proveedor de bateríasy ofrece un mayor rendimiento y una batería LiFePO4 más segura. Experimente la longevidad de nuestras baterías, con 8000 ciclos y respaldadas por una garantía de una década.

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1.2 Litio Níquel Manganeso Cobalto (NMC)

Las baterías NMC son las favoritas de iones de litio por buenas razones. Están llenos de energía y son más seguros cuando se trata de sobrecalentamiento.

Pero no duran tanto como los LFP, generalmente entre 1000 y 2000 ciclos.

También necesitan cobalto y níquel. Estos son más caros y no tan ecológicos. Existe la preocupación de quedarse sin estos minerales, lo que podría aumentar los costos y limitar el suministro.

1.3 Litio Níquel Cobalto Aluminio (NCA)

Las baterías NCA son algo así como las NMC pero con giros clave. Almacenan más energía para su tamaño, pero pueden sobrecalentarse más fácilmente. Al igual que los NMC, duran entre 1.000 y 2.000 ciclos y necesitan cobalto y níquel.

1.4 Óxido de litio y manganeso (OVM)

Los OVM perdieron la calma rápidamente. Son como los LFP, pero no duran tanto, normalmente sólo entre 500 y 800 ciclos.

Cuesta un poco menos fabricarlos que los LFP, pero su vida más corta aumenta los costos a largo plazo.

Los OVM se cargan rápidamente, tienen una potencia sólida y funcionan bien incluso cuando hace calor. Se encuentran principalmente en herramientas portátiles, equipos médicos y algunos automóviles eléctricos.

1,5 Óxido de litio y cobalto (LCO)

Los LCO se encuentran entre los primeros tipos de iones de litio. Son comunes en computadoras portátiles y teléfonos con bajas necesidades de energía. Son excelentes para configuraciones ligeras sin necesidad de mucha energía, ya que mantienen el flujo de energía durante un tiempo.

Pero los LCO tienen una vida corta, generalmente de 500 a 1000 ciclos, y no pueden soportar el calor. Es por eso que no son aptos para ESS.

1.6 Titanato de Litio (LTO)

Las LTO son de larga duración, con hasta 10.000 ciclos y contaminan menos que la mayoría de las otras baterías. Se activan rápidamente, pero puede que no sea imprescindible para ESS.

No almacenan mucha energía para su tamaño, lo que los hace caros. Por ejemplo, mientras que otras baterías almacenan entre 120 y 500 vatios-hora por kilo, las LTO almacenan entre 50 y 80.

2. Factores clave para maximizar la producción de la batería ESS

2.1 Conteo de ciclos alto:

Las diferentes baterías tienen una vida útil distinta según la cantidad de ciclos de carga y descarga que pueden completar antes de mostrar una pérdida significativa de rendimiento. Las baterías de los vehículos eléctricos modernos duran más. Las garantías típicas de las baterías de los fabricantes de automóviles son de unos ocho años o 100.000 millas, pero depende en gran medida del tipo de batería utilizada para el almacenamiento.

Los sistemas de almacenamiento de energía necesitan un ciclo de vida elevado, ya que funcionan continuamente, cargando y descargando. La capacidad de la batería disminuye con cada ciclo de carga y descarga. Cuando una batería de iones de litio sólo puede retener entre el 70% y el 80% de su capacidad, ha alcanzado su vida útil. Las mejores baterías de iones de litio pueden funcionar hasta 10.000 ciclos, mientras que las de gama baja duran unos 500 ciclos.

2.2 Potencia máxima:

Los sistemas de almacenamiento de energía deben soportar los aumentos repentinos de la demanda de energía, ya que se utilizan para satisfacer las necesidades de energía durante los momentos pico de demanda de la red.

Las demandas de energía no son consistentes, pero ESS puede cambiar los tiempos de carga cuando la energía es más barata o está más disponible. Al almacenar energía durante épocas de baja demanda y liberarla cuando sea necesario, los costos se pueden reducir significativamente.

2.3 Bajo Costo de Producción:

Los sistemas de almacenamiento de energía requieren muchas baterías para satisfacer la demanda de energía. Por ejemplo, la cantidad de energía utilizada por hora se mide en megavatios-hora (MWh). Para las baterías de vehículos eléctricos, está en kilovatios-hora (kWh). ¡Esa es una diferencia de 1000 veces!

Dada la gran cantidad de baterías necesarias para ESS, una tecnología de baterías más cara no es económicamente viable.

3. Abordar la preocupación por la fuga térmica en las baterías

La fuga térmica sigue siendo una preocupación apremiante. Cuando las baterías de iones de litio alcanzan un estado de autocalentamiento incontrolado, pueden provocar incendios, humo y la expulsión de gases, partículas y metralla.

Los diferentes tipos de baterías de iones de litio exhiben una fuga térmica a diferentes temperaturas. Por ejemplo, NCA, NMC y LCO son tipos de baterías de iones de litio que tienen riesgo de fuga térmica a temperaturas más bajas. Las baterías LFP son las más seguras.

4. Por qué ESS no se preocupa por las dimensiones y el peso de la batería

A diferencia de los vehículos eléctricos, donde el peso y el tamaño necesitan una gestión cuidadosa, estos factores no son vitales en el funcionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía (ESS). Esto se debe a que estos dispositivos suelen estar alojados en contenedores o unidades de almacenamiento.

El costo del terreno para instalar ESS suele ser mínimo, lo que hace que el tamaño de la batería sea un factor menor en el gasto total. El peso no es una preocupación, ya que no influye en el rendimiento de la batería como ocurre en los vehículos eléctricos.

5. Baterías ESS y LFP: cruciales para el futuro de las energías alternativas

La demanda de electricidad se está disparando. De hecho, McKinsey predice que para 2050, el consumo mundial de electricidad se duplicará. Todo lo que utilizamos requiere energía, y los vehículos eléctricos aumentan la carga de la red.

Las formas tradicionales de energía como la nuclear, la hidroeléctrica y el carbón son insuficientes para satisfacer la creciente demanda. Muchos países enfrentan importantes obstáculos regulatorios y limitaciones de construcción. Incluso si se pudieran despejar, la infraestructura podría tardar una década o más en establecerse.

Las fuentes de energía alternativas como la eólica y la solar, con requisitos más simples y un apoyo público cada vez mayor, normalmente pueden establecerse más rápidamente. La Agencia Internacional de Energía (AIE) subraya el aumento de la energía limpia, anticipando un aumento de capacidad de un tercio entre 2022 y 2023.

Si bien las energías alternativas podrían desempeñar un papel fundamental en nuestro futuro, dependen del clima. No pueden producir energía de manera constante, lo que requiere que los ESS almacenen energía, satisfagan los ciclos de demanda máxima y suministren energía durante condiciones climáticas adversas.

Los sistemas de almacenamiento de energía también pueden reducir los picos de energía, mejorando la eficiencia de las centrales eléctricas. Ayudan a suministrar electricidad más consistente y estable, prolongando la vida útil de las centrales eléctricas.

Todo esto indica que las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) son una opción prometedora para el futuro. Los LFP ofrecen un ciclo de vida elevado, bajos costos de producción y un riesgo mínimo de fuga térmica, lo que los hace ideales para los requisitos de ESS.

Recientemente, han surgido baterías LMFP, una variante LFP con manganeso como componente catódico, que muestran un fuerte rendimiento en vehículos eléctricos. Dados sus costes de producción, esta nueva química de baterías podría ser una solución competitiva para los sistemas de almacenamiento de energía.