Almacenamiento de electricidad: los distintos métodos

Almacenamiento de electricidad: la batería de iones de litio y sus alternativas

Las baterías de iones de litio, que se comercializan desde principios de la década de 1990, han adquirido un papel preponderante en el mercado de las baterías en las últimas décadas. Esta tecnología reúne numerosas ventajas que explican su auge, tanto para alimentar teléfonos móviles como para coches eléctricos. Estas baterías de iones de litio, en particular su densidad energética en relación con la autonomía, permiten satisfacer las exigencias de la industria automovilística.

Las baterías de tracción de un vehículo eléctrico deben cumplir unas especificaciones muy estrictas: coste, rango de temperaturas de funcionamiento, durabilidad, capacidad de recarga rápida, etc. Algunos de estos criterios son difíciles de conciliar, en particular la densidad energética y la potencia. Por ello, los equipos de investigación y desarrollo realizan esfuerzos continuos para optimizar la relación autonomía/potencia y mejorar el conjunto de propiedades de las baterías de ionen litio. En aras de la movilidad sostenible, esta optimización va de la mano de la búsqueda de procesos que reduzcan el impacto de las baterías en el medio ambiente, especialmente para facilitar su reciclaje.

¿Baterías «sólidas» para una mayor eficiencia?

El sector de las baterías está evolucionando hacia nuevas tecnologías que tienen como objetivo, entre otras cosas, sustituir el proceso clásico de electrolito líquido utilizado en las baterías convencionales. Así, los fabricantes están estudiando las denominadas baterías «totalmente sólidas», que ofrecen una simplificación de los materiales utilizados, una mejor gestión de la temperatura de uso y la posibilidad de aumentar la densidad energética de las celdas. Esta es, en particular, la vía que están explorando los especialistas en «litio-metal», en la que una superficie sólida de litio actúa como polo negativo dentro de la batería.

También se habla de baterías híbridas, con diferentes materiales sólidos, o de baterías semisólidas como próxima alternativa a los modelos clásicos. Pero todas estas hipótesis siguen siendo muy lejanas: su comercialización en el ámbito de los vehículos eléctricos no debería producirse hasta dentro de varios años, o incluso décadas.

La alianza Renault-Nissan-Mitsubishi ha invertido así en la start-up estadounidense Ionic Materials, especializada en las denominadas «baterías sólidas». En ellas, el electrolito líquido que se utiliza actualmente en las baterías se sustituye por un material sólido, como un polímero, por ejemplo. Esta prometedora tecnología aún necesita muchos avances para convertirse en una alternativa a las baterías actuales, ¡especialmente para los vehículos eléctricos!

Otras vías de almacenamiento electroquímico

Las baterías de flujo (o «baterías redox de flujo») funcionan con dos depósitos que contienen los reactivos y una membrana conductora de iones. Su ventaja radica en que separan la parte de «energía» de la parte de «potencia». Sin embargo, las densidades energéticas son demasiado bajas para su aplicación en el sector automovilístico. En cambio, esta tecnología se utiliza en el almacenamiento estacionario.

Otra opción: el sodio. Este elemento, que pertenece a la misma familia que el litio —la de los alcalinos—, puede «sustituir» a este último para obtener las denominadas «baterías de iones de sodio». El sodio es un elemento más abundante que el litio, y sus características permiten obtener un mayor rendimiento en cuanto a potencia. Esta tecnología aún está en fase de desarrollo: aunque el sodio se utiliza en el ámbito del almacenamiento estacionario (a alta temperatura), su aplicación a gran escala en las baterías de nuestros vehículos está siendo explorada actualmente por algunas empresas emergentes que buscan industrializar el proceso.

La composición de los distintos componentes de una batería tiende a evolucionar en función de la vía de investigación que se estudie. Así, la tecnología metal-aire consiste en utilizar un electrodo metálico que se disuelve y se vuelve a formar durante los ciclos de descarga y carga, frente a un electrodo que capta el oxígeno del aire para incorporarlo a la reacción, al igual que en una pila de combustible. El litio y el zinc pueden emplearse, por ejemplo, como electrodos. En algunos casos, la recarga no se realiza eléctricamente, sino mecánicamente, como ocurre con el aluminio, que requiere la inserción de «cartuchos» de este metal. Sin embargo, esta solución aún no ha alcanzado la madurez necesaria para satisfacer las importantes exigencias del sector automovilístico.

Por último, las propiedades químicas de los metales pueden constituir una vía de investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías. Por ejemplo, en una batería de iones de litio, la generación de corriente se debe, entre otras cosas, al transporte de iones de litio. Cada ion de litio transporta una carga. Si un elemento químico fuera capaz de proporcionar el doble de esa carga, la capacidad de la batería aumentaría. En teoría, este es el caso de metales como el calcio o el magnesio, que poseen esta propiedad (por ello se denominan «divalentes»). Dado que este concepto se encuentra principalmente en fase de investigación en laboratorios universitarios, aún se necesitan avances importantes para garantizar la durabilidad de otros componentes de la célula.

Sistemas de almacenamiento mecánicos de alto rendimiento

El almacenamiento de energía en forma de electricidad no es la única opción disponible en este ámbito. La energía mecánica también tiene un papel que desempeñar, como lo demuestra el uso del bombeo-turbinado. En este proceso, es la acción de una turbina impulsada por el ascenso y descenso del agua en un embalse lo que sirve para almacenar y luego liberar energía, siguiendo el mismo principio que una presa hidroeléctrica. La electricidad así producida es capaz de comprimir aire en enormes cavidades, y la energía se almacena de esta forma hasta que se «libera» mediante la descompresión y la acción de una turbina.

Hoy en día, incluso se habla de baterías de «hormigón»: unos bloques de hormigón suspendidos liberan energía al «descender» bruscamente. Todos ellos son ejemplos de las numerosas posibilidades que ofrece el almacenamiento mecánico, que sigue siendo, ante todo, una infraestructura de almacenamiento estacionaria.

Baterías para ciudades autosuficientes

Tras unos años y numerosos ciclos de recarga, la capacidad de las baterías de los coches eléctricos disminuye. Fabricantes como Renault las reutilizan para que sir van para el almacenamiento estacionario de electricidad. Se trata de una tecnología que permite abastecer de energía a un edificio o a un barrio durante los picos de demanda y aprovechar de forma óptima la energía libre de carbono que proporcionan las centrales solares y los aerogeneradores.

El reto es de gran importancia, ya que la transición ecológica pasa tanto por una adaptación de la producción —que puede llevarse a cabo directamente en la ciudad gracias a los paneles fotovoltaicos— como por la optimización de la red, a pequeña o gran escala, para que cada vez más zonas sean autosuficientes en materia energética. ¡Todo ello supone una ventaja para la seguridad y la continuidad del suministro eléctrico!

Otra vía que se está barajando es el «vehicle-to-grid» (V2G), que Mobilize está probando en los Países Bajos y que consiste en reinyectar la electricidad baja en carbono de un coche eléctrico directamente a la red. La batería de un Renault ZOÉ, cuando se conecta a una estación de recarga, sirve así para almacenar energía. Esta tecnología innovadora va de la mano de la implantación de la recarga inteligente en los propios vehículos. Prueba de que, además de pensar en soluciones alternativas, los fabricantes están optimizando los usos actuales para lograr una producción y distribución de electricidad con menos emisiones.