Una batería de flujo de vanadio de menor escala instalada en el edificio Tyree Energy Technologies de UNSW. Crédito: UNSW
A medida que el mundo se mueve hacia fuentes de energía más limpias, queda un desafío importante: ¿cómo almacenamos energía renovable para cuando más la necesitamos?
Las tecnologías actuales de almacenamiento de energía de la batería son relativamente costosas de construir y tradicionalmente han luchado para almacenar suficiente energía para satisfacer la demanda cuando el sol no brilla o el viento no sopla.
Pero las nuevas alternativas, conocidas como baterías de almacenamiento de energía de larga duración (LDES), que tienen grandes capacidades energéticas, ahora ofrecen una solución prometedora. Estas tecnologías pronto pueden permitirnos almacenar electricidad creada por paneles solares y turbinas eólicas durante períodos prolongados, para garantizar que haya un suministro constante y constante de energía a pedido.
Además, las baterías de LDES pueden proporcionar opciones de energía de respaldo en situaciones críticas, como los hospitales o durante los desastres naturales.
El profesor asociado Chris Menictas, quien lidera el laboratorio de almacenamiento y refrigeración de energía en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Manufactura en UNSW, dice que hay una serie de factores que hacen que la investigación y el desarrollo de los sistemas LDES sean cada vez más importantes.
“Una de las cosas clave es la estabilidad de la red mejorada. Las fuentes de energía renovables como la energía solar y el viento son intermitentes, lo que significa que no producen energía todo el tiempo, como por la noche o cuando el clima está tranquilo.
“Las baterías de LDES pueden almacenar el exceso de electricidad y liberarlo cuando sea necesario, lo que ayuda a suavizar el suministro de energía.
“Luego está la cuestión de la resiliencia y poder proporcionar energía para los servicios críticos, como un hospital o tal vez incluso un centro de datos.
“En general, lo que está quedando claro es que necesitamos poder almacenar más energía que luego pueda ofrecer electricidad durante un período de tiempo más largo. Lo que es cada vez más importante es que esos sistemas tengan ocho, 10 e incluso 12 horas de almacenamiento”.
El profesor Jie Bao, de la Escuela de Ingeniería Química de UNSW y directora del ARC Research Hub para sistemas integrados de almacenamiento de energía, dice que se están desarrollando una serie de diferentes tecnologías de batería de LDES que finalmente podrían usarse en diferentes escenarios.
“No hay necesariamente una mejor solución de almacenamiento de energía. Hay diferentes casos de uso y cada uno de ellos podría tener una solución diferente”, dice.
“Las diferentes tecnologías también pueden ser complementarias y pueden implementarse en tándem y coordinarse adecuadamente.
“Pero también hay desafíos muy comunes. Uno son las materias primas, como el litio o el vanadio, que necesitamos obtener y otro es simplemente la escala de fabricación para construir el número y el tamaño de las baterías que ahora necesitamos”.
Aquí explicamos algunas de las diversas tecnologías de batería de LDES que se están desarrollando en todo el mundo, así como algunos de los desafíos que aún deben superarse.
Beneficios de almacenamiento de batería de LDES
Uno de los beneficios clave es la estabilidad de la red mejorada. Las fuentes de energía renovable como la energía solar y el viento son intermitentes, lo que significa que no producen energía todo el tiempo. LDES ayuda a suavizar el suministro de energía almacenando el exceso de electricidad y liberándolo cuando sea necesario, reduciendo el riesgo de cortes de energía.
Las baterías de LDES permiten una mayor integración de energía renovable en redes eléctricas. Con mejores soluciones de almacenamiento, la energía eólica y solar se puede utilizar de manera más efectiva, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles y acelerando la transición a una economía baja en carbono.
Las baterías de LDES también juegan un papel en la reducción del estrés máximo de la demanda. La demanda de electricidad varía durante todo el día, a menudo alcanzando su punto máximo por la noche. Al proporcionar energía almacenada durante estos tiempos pico, los sistemas LDES pueden reducir la tensión en la red.
También pueden apoyar áreas y comunidades remotas con un poder poco confiable al proporcionar una fuente de energía estable y sostenible, particularmente en regiones propensas a desastres naturales.
Tecnologías prometedoras de batería de LDES
Flujo de vanadio: las baterías de flujo de vanadio, desarrolladas en UNSW por la profesora Maria Skyllas-Kazacos en la década de 1980, ahora se están volviendo populares en todo el mundo, con una mayor capacidad de energía y energía.
La batería de flujo de vanadio más grande del mundo, un sistema de 175 MW/700 MWh en Dalian, China, fue desarrollado por Rongke Power y completada en diciembre de 2024. Mientras tanto, en el Reino Unido, se ha construido una matriz de 5 MW que se conecta al sistema de cuadrícula nacional.
Una batería de flujo de vanadio almacena energía en electrolitos líquidos que contienen iones de vanadio en cuatro estados de oxidación diferentes. Los electrolitos positivos y negativos que se almacenan en tanques separados se distribuyen a través de pilas de baterías donde tiene lugar la conversión de energía.
Al cargar o descargar, los electrones se transfieren entre los electrolitos a través de un circuito externo, lo que permite el almacenamiento de energía y la liberación sin una degradación significativa.
Las baterías de flujo de vanadio pueden ampliarse fácilmente, permitiendo una gran capacidad de energía para el suministro de energía durante períodos prolongados. Sin embargo, tienen una menor densidad de energía que otras opciones de LDES.
Iones de litio: en contraste, las baterías de iones de litio ofrecen alta densidad de energía y tiempos de respuesta rápidos, haciéndolas ya populares para vehículos, electrónica de consumo y dispositivos médicos.
Sin embargo, se degradan más rápidamente con el tiempo y solo pueden durar 500–3000 ciclos de carga antes de sufrir una pérdida de capacidad notable, comparada con 200,000 ciclos informados para una batería de flujo de vanadio.
También hay problemas de seguridad adicionales con las baterías de iones de litio relacionadas con el fugitivo térmico que conducen a incendios, mientras que dependen de una escasa materia prima y el reciclaje es costoso y complejo.
Aun así, la reserva de energía de Hornsdale en Australia del Sur y la gran batería victoriana en Geelong utilizan Megapacks Tesla de iones de litio. Este último puede almacenar suficiente energía para alimentar más de un millón de casas victorianas por hasta media hora.
Flujo de hierro: las baterías de flujo de hierro, que almacenan energía en un electrolito líquido típicamente hecho de hierro, sal y agua, son una opción asequible y ecológica para el almacenamiento de energía de larga duración. Estos prometen alrededor de 10,000 ciclos con una degradación mínima con el tiempo.
Sin embargo, tienen una densidad de energía más baja que el flujo de iones de litio o vanadio y requieren más espacio para la misma capacidad de almacenamiento de energía.
Flujo orgánico: otra opción potencial son las baterías de flujo orgánico, que todavía están en la fase de investigación, con las moléculas a base de carbono para su uso en lugar de metales como vanadio o litio.
Si bien pueden proporcionar una solución de almacenamiento de energía no tóxica más barata, todavía hay grandes marcos de interrogación sobre su densidad de energía a escala y durabilidad.
Limitaciones y desafíos de las baterías de LDES
A pesar de sus beneficios, el desarrollo de la batería de LDES enfrenta algunos desafíos significativos.
Un desafío importante son los altos costos iniciales, y muchas de las tecnologías requieren una inversión inicial sustancial en infraestructura, lo que dificulta la implementación a gran escala.
Las tecnologías de LDES, como otros sistemas de almacenamiento, experimentan pérdida de energía durante el proceso de almacenamiento y recuperación, debido a factores como el autolargo, la resistencia interna e ineficiencias en los ciclos de carga y descarga.
Las restricciones de material y cadena de suministro también presentan problemas importantes para algunas baterías de LDES. Ciertas tecnologías dependen de materiales raros o caros, lo que puede conducir a vulnerabilidades de la cadena de suministro, así como a las preocupaciones ambientales.
Si bien muchas tecnologías de LDES muestran una gran promesa, algunas todavía están en la fase experimental y requieren más investigación y desarrollo antes de que puedan ser ampliamente adoptados.
Impacto ambiental de las baterías de LDES
Si bien las baterías de LDES podrían ser la clave para un futuro de energía más limpio, su impacto ambiental varía según la tecnología utilizada.
Un beneficio importante es la disminución de las emisiones de carbono, ya que el uso de combustibles fósiles para producir electricidad puede reducirse considerablemente.
Sin embargo, algunas de las principales tecnologías de la batería dependen de minerales raros o críticos, como el litio, el vanadio y el cobalto, lo que plantea preocupaciones ambientales si las prácticas mineras no se llevan a cabo de manera sostenible ni causan importantes emisiones de gases de efecto invernadero.
Además, se necesitan métodos adecuados de reciclaje y eliminación para prevenir el daño ambiental, especialmente en relación con las baterías de litio. Las baterías de flujo, en contraste, tienen un menor impacto ambiental debido a la capacidad de recuperar y reutilizar electrolitos.
Proporcionado por la Universidad de Nueva Gales del Sur
Cita: cuán larga duración Las baterías pueden alimentar un futuro de energía renovable más limpia, más confiable y sostenible (2025, 22 de mayo) recuperadas el 22 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-duration-batteries-power-clander-reliable.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
