Tecnologías de baterías actuales y más prometedoras
En el anterior artículo sobre ‘Baterías: caldo de cultivo para las startups’, veíamos como John Goodenough fue uno de los precursores originales de la tecnología de ión Litio, y como empresas como Sony con las videocámaras, o Tesla con el coche eléctrico, han supuesto el empujón definitivo para que a día de hoy sea la tecnología más madura y avanzada del mercado.
En este artículo, hablaremos del estado actual de la tecnología de ión Litio, como la tecnología más utilizada y madura del mercado, y haremos referencia a otras tecnologías que prometen revolucionar el mercado, como es el caso de baterías de azufre, baterías de grafeno, baterías de sodio, baterías de metal aire, o tecnología híbrida de celdas y supercondensadores.
¿Cuál es el estado actual de las principales tecnologías de baterías de ión Litio?
Vamos a analizar las variables principales que han llevado a la tecnología de ión Litio a liderar los sistemas de almacenamiento energético actuales.
Según un estudio de la revista digital ‘Energy Storage Update’, los sistemas de baterías basados en la tecnología de ión Litio, han reducido sus costes de producción en un 50% en los últimos años.
Así pues, el uso generalizado en la industria de las TIC, sobre todo en el sector de movilidad, con la telefonía móvil a la cabeza, y en los últimos años la industria del automóvil y del almacenamiento energético en el sector de renovables, ha generado una demanda masiva, lo que ha provocado economías de escala y reducción en costes de producción para los principales proveedores de este tipo de tecnología. Según un estudio de Lux Research, empresas líderes en este sector, reducirán en más de un 35% el coste de las baterías para coches eléctricos, llegando a la barrera de los $172/kWh en el 2025. También se menciona que sólo los principales fabricantes llegarán a esa cifra, mientras que el resto se mantendrá en el entorno de los $229/kWh.
Estado de las tecnologías de baterías en el sector automoción
Uno de los motores principales de este crecimiento ha sido sin duda el sector del automóvil, donde empresas como Tesla, con la construcción de su Gigafactory en Nevada, tiene previsto una capacidad de producción de 35GWh/año. Estos niveles de producción han generado una caída espectacular en los costes de fabricación, que se acentuarán aún más en los próximos años con la apertura de nuevas Gigafactories en diferentes partes del mundo.
Según un estudio de la prestigiosa firma Bloomberg NEF, las ventas de coches eléctricos tuvieron su máximo record en el 2017 con 1,1 millones de coches vendidos a nivel internacional, y continuarán subiendo hasta los 11 millones en el 2025, o los 30 millones en el 2030, gracias a las economías de escala y la bajada de precios incluso por debajo de los coches de combustión tradicionales. China liderará el mercado con el 50% de las ventas de coches eléctricos en el año 2025.
Los volúmenes de coches eléctricos previstos, generarán una demanda masiva de fábricas de baterías o Gigafactories. Para hacernos una idea de las necesidades del sector, hacemos referencia a una entrevista entre el actor Leonardo DiCaprio y el CEO de Tesla, Elon Musk, en la que éste último menciona que para poder acoger la demanda prevista de coches eléctricos a nivel mundial, se necesitarán unas 100 Gigafactories. El mismo Elon Musk ha confirmado que su intención es construir alrededor de 10 a 20 Gigafactories en los próximos años.
Las cifras que se están barajando están abriendo numerosas oportunidades tanto a nivel empresarial, para aquellas empresas interesadas tanto en la parte de componentes como ingenierías de optimización de procesos productivos; como a nivel institucional, donde varios países están compitiendo por acoger la construcción de alguna de esas Gigafactories. Más adelante en un nuevo artículo, nos centraremos en el potencial de las gigafactories.
¿Qué oportunidades de mercado ofrecen estas tecnologías de baterías en el sector energético?
Otro de los sectores que está suponiendo un boom en la producción de baterías de ión Litio es el de las energías renovables, donde la rápida evolución de energía eólica y solar fotovoltaica, ha supuesto una auténtica revolución a la hora de generar un sistema energético sostenible. Los datos son muy alentadores, y la reducción de costes de producción han supuesto que en numerosos proyectos se haya llegado al llamado ´grid parity´, es decir, el punto en el que el coste de la energía renovable es igual al de los sistemas basados en el petróleo como fuente principal.
Sin embargo, el hecho de que este tipo de energías alternativas dependa en su mayor parte de las condiciones climatológicas, en cuanto al viento y el sol, para evitar pérdidas y aprovechar todo su potencial, ha hecho necesario el desarrollo de sistemas de almacenamiento energético que permitan su control. Uno de los problemas que ha surgido ante su adopción generalizada, es que la mayoría de los sistemas de conexión a la red eléctrica no están preparados para integrar de manera flexible e irregular nuevas fuentes de energía, generando problemas de estabilidad e intermitencia en la red. Los sistemas de almacenamiento energético a través de baterías son la solución.
Este tipo de baterías, no sólo pueden mejorar el autoconsumo y el vertido a la red tanto para el sector residencial como para el comercial y el industrial, sino que, -además-, puede servir para estabilizar la red a través de la regulación de frecuencias y apoyo al mantenimiento estable del voltaje en los límites adecuados.
El crecimiento exponencial de energías renovables como la eólica o la solar fotovoltaica, ha llevado aparejado un esfuerzo de inversión importante en el desarrollo de sus componentes principales. Esto ha provocado que este sector sea una realidad y se haya convertido en una industria sólida y madura.
Los dos grandes retos de estas tecnologías siguen siendo la mejora de la eficiencia en la tecnología, -como es el caso de los paneles solares donde los ratios de eficiencia aún están entre el 18% y el 20%-; el otro gran reto es el almacenamiento energético a través de la evolución de las tecnologías de baterías y la reducción de los costes de producción a ratios que permitan su integración de manera viable.
Los ratios que se manejan en este sector son similares al del sector de coche eléctrico, donde la cifra de 150$/kWh sería la considerada viable para que las baterías no dependan de ayudas o subvenciones que en la mayoría de los casos han generado distorsiones en cuanto a la viabilidad financiera de estos proyectos.
De nuevo, en el sector de las energías renovables, surgen numerosas oportunidades tanto a nivel de tecnologías innovadoras, i+d, así como empresas de componentes y de distribución.
Nuevas tecnologías de baterías que están al llegar
Una vez que tenemos clara la foto de la situación actual de la tecnología de baterías de ión Litio, hay varios factores que hacen pensar que esta tecnología ha llegado a su máximo potencial con poco margen de mejora. Aunque se trata de la tecnología de uso más generalizado, es evidente que también tiene sus limitaciones, tanto a nivel químico, con un número límitado de ciclos de vida, o a nivel de potencia o densidad energética que merma su utilidad en algunas aplicaciones, que afecta directamente al peso y al volumen de los sistemas de baterías, influyendo en último caso al rango de autonomía de la aplicación final.
Otro factor determinante es el de seguridad, donde la volatilidad de alguno de sus componentes, o la no reciclabilidad de otros, ha puesto en entredicho su idoneidad. A nivel químico, numerosas empresas están trabajando en combinar diferentes elementos como el hierro, fosfato, titanio o manganeso, para mejorar la estabilidad y evitar los problemas de seguridad. Todas estas derivadas parece que pueden mejorar algo la situación actual de la tecnología de ión Litio, sin embargo, las novedades más prometedoras son las referentes a baterías de estado sólido.
Según un artículo de la prestigiosa revista tecnológica Wired, en el año 2017, empresas de reconocido prestigio como Toyota, anunció sus planes de fabricar coches eléctricos con baterías de estado sólido para el año 2020. Otra empresa, Dyson, también ha confirmado el uso de esta tecnología en coches eléctricos, dando un paso definitivo mediante la adquisición de Sakti3, desarrollador de tecnología en estado sólido.
A modo de referencia, las baterías de estado sólido, son una variante de la tecnología de ión Litio, donde se reemplaza el electrolito líquido o de polímero, por un electrolito sólido. El principal reto es encontrar un material sólido conductor que pueda ser utilizado en aplicaciones prácticas. Los beneficios de este tipo de baterías son su menor tamaño, su mayor capacidad energética y su menor coste.
En 2014, la empresa Satki3 anunció que esta tecnología podría duplicar la densidad energética del ión Litio, reduciendo el coste en un 80%. A su vez, se conseguirían baterías no inflamables, con mayor durabilidad y nivel de carga más rápido.
En el caso del coche eléctrico, uno de los beneficios más importantes de este tipo de baterías sería la posibilidad de disponer de mayor espacio para ubicar las baterías, al no tener que disponer de sistemas de refrigeración. A su vez, se dispondría de baterías más compactas y con menor peso, lo que mejoraría sin duda su autonomía y reduciría sus costes.
Otro de los elementos importantes es la vida de las baterías, donde las continuas cargas y descargas, hacen que productos como los móviles apenas duren un día completo tras haberlos cargado y descargado numerosas veces. Según Ilika, un desarrollador de este tipo de baterías para el Internet de las cosas, estos sistemas innovadores, podrían aumentar la vida de las baterías hasta los 10 años.
Otro artículo del Wall Street Journal, sugiere el gran potencial para el reciclado de baterías de coches eléctricos y su posterior uso en el mercado residencial o comercial.
La pregunta que todo el mundo se está haciendo es: ¿cuándo llegarán estas baterías? Pues bien, todo apunta a que el 2020 será su año, así que estaremos atentos a su evolución.
En paralelo, otras tecnologías igual de prometedoras, están en fase experimental y prometen cambios drásticos que pueden afectar muy positivamente al grado de desarrollo de los modelos de negocio basados en baterías. La tecnología de azufre, la de grafeno, la de sodio, la de metal aire, o los supercondensadores, parece que están a la vuelta de la esquina.
Referencias y links de interés
- Energy Storage Update
- The Wired
- Wall Street Journal
- Bloomberg NEF
- Lux Research
- https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/
- https://electrek.co/2017/06/06/tesla-new-factory-gigafactories/
- https://www.wired.co.uk/article/what-is-solid-state-battery-toyota-dyson
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