En los últimos años, se ha producido un rápido crecimiento en la producción de las baterías de litio. Debido al aumento en el mercado de vehículos eléctricos y la industria de las energías renovables como la fotovoltaica. Las baterías de iones de litio han logrado avances significativos desde su introducción en el mercado comercial a principios de la década de 1990.
Las baterías eléctricas se han convertido gradualmente en las principales aplicaciones de los iones de litio. En consecuencia, se han establecido nuevos requisitos para los avances tecnológicos en baterías de litio en términos tener una seguridad alta, una larga vida útil y una alta densidad de energía
Los sistemas de paneles solares utilizan cuatro tipos principales de baterías solares: plomo-ácido, iones de litio, níquel-cadmio y de flujo. Cada tipo de batería tiene diferentes beneficios y funciona para diferentes escenarios.
Batería de Plomo ácido
Las baterías de plomo-ácido son unas de las primeras en ser usadas en la industria solar. Estas baterías son las más comunes porque son muy asequibles en precio. Los fabricantes las clasifican como baterías de ciclo profundo, lo que significa que pueden soportar un drenaje y una recarga regularmente. Sin embargo, las baterías de plomo-ácido sólo pueden descargar de forma segura el 50% de su capacidad sin afectar su vida útil.
Estas baterías de plomo-ácido tienen una baja densidad de energía, por lo que las hace más grandes y pesadas que otras opciones de baterías. También tardan más en recargarse y tienen una vida útil más corta, de entre tres y cinco años. Contienen productos químicos adversos para el medio ambiente que se tienen de eliminar adecuadamente.
Baterías de litio
Las baterías de iones de litio utilizan tecnología más nueva que otras opciones y son ideales para usar en los sistemas de paneles solares residenciales. Esta tecnología se emplea en algunas de las baterías solares más populares, incluidas Tesla, Powerwall y LG.
Las baterías de iones de litio tienen una mayor capacidad de descarga que las opciones de plomo-ácido. Pueden descargar hasta el 80% de su capacidad total de almacenamiento sin afectar su vida útil. En algunos modelos se puede usar el 100% de su capacidad sin sufrir daños, lo que permite un mejor uso y almacenamiento de la energía. Las baterías de iones de litio también tardan menos en cargarse.
¿Cómo funcionan las baterías de litio?
Las baterías de litio funcionan según el principio de una reacción química entre el litio y otro material, normalmente óxido de litio-cobalto o fosfato de hierro-litio, en el interior de la batería. Esta reacción crea un flujo de electrones entre el ánodo y el cátodo, que son los dos lados de la batería. Este flujo de electrones proporciona una corriente que alimenta el dispositivo. El proceso se invierte cuando llega el momento de recargar la batería.
¿Qué se hace cuando se descarga una batería de litio?
Al descargarse una batería de litio, un flujo de iones de litio se mueve del ánodo al cátodo durante el ciclo de descarga. Este flujo de iones crea la corriente eléctrica que alimenta los dispositivos. Durante la carga, circula una corriente inversa a través de la batería, moviendo iones de litio de nuevo del cátodo al ánodo. A medida que la batería se acerca a su capacidad máxima, la corriente disminuye lentamente hasta que se alcanza la capacidad máxima y el ciclo se completa.
Tipos de baterías de iones de litio:
Fosfato de hierro de litio (LFP) y Litio Níquel Manganeso Cobalto (NMC)…
Son baterías de iones de litio basadas en reacciones de carga y descarga de un cátodo de óxido metálico litiado y un ánodo de grafito. Las químicas de iones de litio más comúnmente utilizadas son el níquel manganeso cobalto (NMC) y fosfato de hierro y litio (LFP). Estas baterías de iones de litio se utilizan de diversas formas, desde vehículos eléctricos hasta baterías residenciales y aplicaciones a escala de red eléctrica.
Óxido de aluminio, níquel, cobalto y litio (NCA)
Las baterías de níquel-cobalto-aluminio (NCA) son similares a las baterías NMC, solo se utilizan en modelos de automóviles eléctricos Tesla más antiguos.
Las baterías NCA tienen una alta densidad de energía, pero reemplazan el material de manganeso que ambientalmente es insostenible por aluminio para mejorar su vida útil en comparación con las NMC. Pero las baterías tipo NCA todavía tienen un ciclo de vida más corto y son más caras que las baterías LFP, ya que contienen materiales de cobalto y níquel que son recursos muy limitados y escasos.
Óxido de manganeso de iones de litio (OVM)
Este tipo de batería tiene una alta potencia, menos capacidad y es más segura que el tipo Li-cobalto; a menudo se mezcla con NMC para mejorar el rendimiento de la batería.
Óxido de cobalto de iones de litio (LCO)
Las baterías tipo LCO, pueden almacenar una alta energía, pero su potencia es limitada.
Óxido de titanato de litio (LTO)
Tienen una vida larga, carga rápida y funcionan en un rango amplio de temperaturas de forma segura. Su capacidad es baja,
Las baterías de litio tienen una alta densidad de energía, lo que las hace más ligeras y compactas. Funcionan bien en espacios reducidos y son ideales para hogares más pequeños. Las baterías de iones de litio tienen una vida útil de hasta 10 años y prácticamente no requieren mantenimiento. Debido a su tecnología más avanzada, las baterías de iones de litio son más caras que las baterías de plomo-ácido.
Se tiene que tener en cuenta que las altas temperaturas, la sobrecarga o una instalación incorrecta pueden provocar que las baterías de iones de litio se sobrecalienten, y puedan incendiarse. Se puede minimizar el riesgo de fuga térmica y por lo tanto de incendio mediante una instalación adecuada.
Baterías de Níquel Cadmio
Los sistemas solares residenciales casi no usan las baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd), ya que este tipo de batería está diseñada principalmente para instalaciones solares a gran escala y proyectos comerciales. Sin embargo, algunos fabricantes están probando modelos de Ni-Cd para sistemas solares domésticos.
Estas baterías se pueden descargar entre al 100% de su capacidad. Admiten muchos ciclos de carga y descarga, o ciclos profundos, sin afectar su vida útil que es de 20 años o más. Un inconveniente es que pierden algo de carga con el tiempo cuando no se utilizan. Requieren de poco mantenimiento y funcionan bien en temperaturas extremas. Estas baterías también cuestan más que las de plomo-ácido, pero menos que las opciones de iones de litio.
Una desventaja importante del uso de baterías de NiCd frente a baterías de litio en la actualidad es que esta batería es menos respetuosa con el medio ambiente ya que el cadmio es una sustancia tóxica y perjudicial.
En este sentido, si miramos hacia un futuro energéticamente sostenible debemos tener en cuenta el peso actual de los sistemas de placas solares tanto para proyectos de viviendas como para instalaciones más grandes.