Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología y la transformación de la estructura energética global, la energía renovable se ha convertido en clave para el desarrollo energético futuro. Baterías de iones de litio, como fuentes secundarias de baterías, se han desarrollado rápidamente desde la década de 1990. Sus ventajas de alta densidad de energía, ciclo de vida prolongado y respeto al medio ambiente han hecho que se utilicen ampliamente en vehículos de nueva energía, productos electrónicos y sistemas de almacenamiento de energía. Además, las baterías de iones de litio se han convertido gradualmente en una importante herramienta de investigación en la industria de las energías renovables, ayudando a impulsar el aumento de los sistemas de almacenamiento de energía en el hogar. El establecimiento de este tipo de sistemas ha mejorado la estabilidad de los sistemas de energía y ha ahorrado costos.
Aquí, profundizaremos más en las ventajas y desventajas del uso de baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía residencial, incluido el rendimiento, el costo, la seguridad y el impacto ambiental de la batería.
Índice del contenido
Estructura de la batería de iones de litio
Desarrollo de baterías de iones de litio para almacenamiento doméstico
Problemas con las baterías domésticas de iones de litio
Investigación en curso sobre baterías de iones de litio
Perspectivas del mercado nacional de baterías de iones de litio
Incentivos para que los propietarios utilicen baterías de iones de litio
Algunos consejos para comprar baterías
Estructura de la batería de iones de litio
Una batería de iones de litio es un tipo de batería secundaria (batería recargable) que depende principalmente de iones de litio que se mueven entre los electrodos positivo y negativo. Las baterías de iones de litio generalmente se componen de celdas, un fusible (o PTC), tableros de protección, carcasas y algunos accesorios. La placa de protección se compone principalmente de chips de protección, tubos MOS, resistencias, condensadores y placas PCB. Mientras tanto, la celda se refiere a una única celda electroquímica que contiene electrodos positivos y negativos, electrolitos, un diafragma, etc. Las sustancias activas utilizadas para la creación de electrodos positivos son generalmente manganato de litio, cobalto de litio, manganato de cobalto, níquel y litio o fosfato de hierro y litio. Para los electrodos negativos se utiliza grafito o carbono con una estructura de grafito similar. El electrolito orgánico es un disolvente de carbonato disuelto en hexafluorofosfato de litio; Las baterías de polímero de iones de litio utilizan un electrolito similar a un gel.
Las bicicletas eléctricas suelen utilizar manganato de litio, níquel y cobalto (también conocido como ternario) más una pequeña cantidad de manganato de litio. El diafragma es una película de polímero moldeada con una estructura microporosa que permite que los iones de litio pasen libremente pero bloquea los electrones. Las variedades comunes están hechas de polietileno (PE), polipropileno (PP) o su película compuesta, diafragma de tres capas PP/PE/PP. La carcasa de la batería suele estar compuesta por una carcasa de acero, una carcasa de aluminio, una carcasa de hierro niquelado, una película de aluminio y plástico, etc., mientras que la tapa presenta los terminales positivo y negativo de la batería.
Desarrollo de baterías de iones de litio para almacenamiento doméstico
Tecnología de producto
En los últimos años, con el desarrollo gradual y la madurez de la tecnología de baterías de iones de litio, las baterías de iones de litio domésticas han logrado avances técnicos significativos en términos de capacidad, seguridad, ciclo de vida, etc. En la actualidad, la densidad de energía de las baterías de iones de litio domésticas convencionales es de 200-300 Wh/kg, y algunos productos de alta gama incluso superan los 350 Wh/kg. Además, la mejora continua de la tecnología del sistema de gestión de baterías (BMS) significa que la seguridad de las baterías de iones de litio también está mejorando.
Escala de mercado
En los últimos años, el tamaño del mercado de baterías de iones de litio ha mostrado una tendencia de rápida expansión: el mercado mundial de baterías de iones de litio para uso doméstico ha crecido de 1 millones de dólares en 2010 a 10 millones de dólares en 2020. El mercado de baterías de iones se concentra principalmente en China, Japón y Corea del Sur, según informes relevantes, y la región de Asia y el Pacífico representa más del 70% de la cuota de mercado mundial. Mientras tanto, la región europea sólo representa entre el 10% y el 15% del mercado global, lo que demuestra que el mercado europeo tiene un gran potencial de desarrollo.
Reducción de costes
La reducción del costo de las baterías de iones de litio involucra muchos aspectos, y los fabricantes continúan mejorando el rendimiento de las baterías y reduciendo los costos mediante tecnología, mejora de materiales y optimización de la producción. En el futuro, a medida que se profundice la investigación y madure la tecnología, el costo de producción de las baterías de iones de litio también se reducirá aún más.
Problemas con las baterías domésticas de iones de litio
Cost
Con la continua madurez de la tecnología de baterías de iones de litio, los costos de producción han ido disminuyendo año tras año. Pero debido a la distribución desigual de las materias primas, las fluctuaciones de precios pueden ser significativas, lo que hace que el costo de las baterías de iones de litio sea más alto que el de las baterías tradicionales, lo que restringe su competitividad en aplicaciones a gran escala.
Durabilidad
La vida útil de las baterías de iones de litio está determinada por el número de ciclos, la velocidad de carga y descarga, la temperatura y otros factores. A medida que aumenta el número de ciclos de la batería, la capacidad y la potencia de salida de la batería pueden disminuir.
Cuestiones ambientales
Si bien las baterías de iones de litio para uso doméstico brindan muchas comodidades, también conllevan ciertos problemas ambientales. Y aunque muchos fabricantes de baterías de iones de litio han adoptado procesos de producción ecológicos, todavía existe un cierto riesgo medioambiental en el tratamiento de las baterías de iones de litio usadas. Por ejemplo, las baterías de desecho contienen metales pesados nocivos que, si no se manejan adecuadamente, pueden causar contaminación del suelo, las fuentes de agua y los ecosistemas.
Riesgos para la seguridad
Las baterías de iones de litio que sufren cargas y descargas excesivas, altas temperaturas, extrusión y otras condiciones especiales pueden sufrir fugas térmicas, incendios y otros accidentes de seguridad. A pesar de las continuas mejoras en la tecnología del sistema de gestión de baterías (BMS), la seguridad de las baterías de iones de litio ha mejorado considerablemente; pero en casos extremos, todavía existe la posibilidad de que se produzcan accidentes de seguridad.
Investigación en curso sobre baterías de iones de litio
Como dispositivo de almacenamiento de energía eficiente y relativamente respetuoso con el medio ambiente, las baterías de iones de litio han recibido amplia atención e investigación en los últimos años. Las investigaciones actuales se dirigen principalmente a la optimización de materiales, estructura, gestión de baterías, tecnología de carga rápida, seguridad y otros aspectos.
Innovación material
Los investigadores han estado explorando nuevos materiales de electrodos positivos y negativos para mejorar la densidad de energía, la vida útil y la seguridad de las baterías. Por ejemplo, los materiales de silicio pronto podrían reemplazar al grafito tradicional en los electrodos negativos, mejorando así la densidad de energía de las baterías. Al mismo tiempo, los investigadores también están explorando nuevos materiales catódicos, como materiales ricos en litio y materiales en capas ricos en litio, para mejorar la densidad de energía y la vida útil de las baterías.
Electrolitos sólidos
Los electrolitos sólidos son una de las tecnologías clave en las baterías de próxima generación. En comparación con los electrolitos líquidos utilizados en las baterías tradicionales de iones de litio, los electrolitos sólidos tienen mayor seguridad y mayor densidad de energía. En la actualidad, los investigadores están estudiando el desarrollo de electrolitos sólidos de alta conductividad iónica y de bajo coste para sustituir a los electrolitos líquidos tradicionales.
Sistemas de gestión de baterías
El sistema de gestión de baterías es un componente importante en la tasa de utilización de energía de las baterías de iones de litio, ya que prolonga la vida útil de la batería y mejora la seguridad. Los investigadores están trabajando en sistemas de gestión de baterías más inteligentes para lograr un control preciso y una gestión óptima de las baterías.
Tecnologías de carga rápida
La tecnología de carga rápida puede acortar el tiempo de carga de una batería y mejorar la eficiencia de uso. Los investigadores están estudiando tecnologías de carga más eficientes, como la carga por impulsos y la carga inalámbrica, para lograr velocidades de carga más rápidas y una mayor eficiencia de carga.
Perspectivas del mercado nacional de baterías de iones de litio
Necesidades de transformación energética: Con el avance de la transformación energética global, las fuentes de energía renovables como la energía solar y la energía eólica se han convertido gradualmente en algo común. Las baterías domésticas de iones de litio ayudan a almacenar estas fuentes de energía intermitentes, lo que permite a los hogares lograr un suministro de energía autosuficiente y reducir su dependencia de las fuentes de energía fósiles tradicionales.
Popularidad de los vehículos eléctricos: Con el rápido desarrollo del mercado de vehículos eléctricos, el sistema de almacenamiento de energía de batería de iones de litio doméstico se puede adaptar para usarse como instalación de apoyo para vehículos eléctricos, brindando soluciones de almacenamiento de energía y mejorando aún más su alcance y rendimiento.
Política de precios de la electricidad en los valles pico: Muchos países y regiones implementan políticas de precios de electricidad en los valles pico para alentar a los usuarios a cobrar a precios bajos y usar electricidad durante las horas pico. Las baterías domésticas de iones de litio pueden ayudar a los usuarios a aprovechar al máximo las políticas de fijación de precios de la electricidad en las zonas punta para reducir los costos de energía.
Promoción del objetivo de neutralidad de carbono: Países de todo el mundo han propuesto objetivos de neutralidad de carbono para promover el ajuste de la estructura energética y reducir las emisiones de carbono. Los sistemas domésticos de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio pueden mejorar la eficiencia energética, reducir las emisiones de carbono y ayudar al mundo a lograr la neutralidad de carbono.
Innovación tecnológica: Con el progreso continuo en el desarrollo de la tecnología de baterías de iones de litio, su capacidad, seguridad, ciclo de vida y otros aspectos del rendimiento mejorarán aún más, reducirán los costos y mejorarán la competitividad del mercado.
Incentivos para que los propietarios utilicen baterías de iones de litio
Japón
El Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón (METI), con un presupuesto de aproximadamente 98.3 millones de dólares, proporciona subsidios del 66% a los hogares y empresas que instalen baterías electrónicas de litio. Tomando como ejemplo las baterías de azufre y sodio, el gobierno japonés no solo brinda apoyo financiero gratuito en las primeras etapas de investigación y desarrollo, proporcionando más del 50% de los fondos, sino que también brinda apoyo que incluye tecnología, mercado, proyectos de demostración y otros aspectos, y continúa para otorgar subsidios luego de su operación comercial.
Estados Unidos
Créditos fiscales federales: el gobierno de EE. UU. ofrece una variedad de créditos fiscales para promover el desarrollo de sistemas de almacenamiento y energía renovable. Por ejemplo, el Crédito Fiscal a la Inversión (ITC) y el Crédito Fiscal a la Producción (PTC) se pueden utilizar para reducir el costo de adquisición de un sistema de almacenamiento de energía en el hogar. Mientras tanto, algunos estados ofrecen importantes incentivos y subsidios para atraer inversiones en la producción de baterías, incluidos incentivos en efectivo, incentivos fiscales y derechos de uso de la tierra. Algunos estados también reducen las facturas de electricidad implementando políticas de “medición neta” que permiten a los propietarios de almacenamiento de energía en el hogar vender el exceso de energía solar nuevamente a la red.
Alemania
Entre 2013 y 2018, el gobierno alemán otorgó hasta un 30% de subsidios de préstamos directos para el almacenamiento de energía en los hogares y, debido a que el uso de energía está relacionado principalmente con la energía fotovoltaica en los hogares, las políticas fotovoltaicas para los hogares beneficiosas de Alemania han promovido las instalaciones de almacenamiento de energía en los hogares.
Algunos consejos para comprar baterías
Comprender la composición química.
Las baterías de iones de litio suelen estar compuestas por elementos metálicos como litio, cobalto y níquel. Comprender la fuente y el proceso de extracción de estos elementos es importante para evaluar el impacto ambiental de una batería. Los compradores pueden pedir a los proveedores que proporcionen información sobre los materiales de las baterías e intentar elegir productos de fuentes sostenibles que utilicen procesos de extracción respetuosos con el medio ambiente. Además, los compradores deben buscar marcas que hayan sido certificadas para la protección del medio ambiente, como la certificación RoHS de la Unión Europea y la certificación de la plataforma de gestión de trazabilidad de baterías de vehículos de nueva energía de China.
Considere la capacidad y la densidad de energía.
Los compradores deben comprender la capacidad y la densidad de energía de la batería para poder seleccionar la batería adecuada para las necesidades de su aplicación. En general, las baterías con altas capacidades y densidad de energía pueden proporcionar una mayor duración y son más livianas. Sin embargo, los compradores también deben considerar factores como el tiempo de carga y la vida útil.
Preste atención a la seguridad de la batería
Las baterías de iones de litio pueden provocar incidentes de seguridad si se utilizan o manipulan de forma inadecuada. Por lo tanto, los compradores deben elegir una marca de baterías que tenga un buen historial de seguridad y haya sido probada rigurosamente. Durante el transporte y almacenamiento, el comprador también debe seguir las normas y estándares de seguridad pertinentes.
Considere la velocidad de carga
La velocidad de carga de las baterías de iones de litio también es un factor a considerar. La tecnología de carga rápida puede acortar el tiempo de carga de una batería y mejorar la eficiencia, pero también puede tener un impacto en la vida útil y la seguridad de la batería. El comprador debe elegir la velocidad de carga adecuada según la demanda real.
Considere el ciclo de vida
El ciclo de vida de una batería de iones de litio se refiere al número de veces que se puede utilizar en determinadas condiciones de carga y descarga. Una batería con un ciclo de vida prolongado puede proporcionar una vida útil más larga, lo que reduce la frecuencia de reemplazo y la generación de desechos. Los compradores pueden elegir baterías con un ciclo de vida prolongado según las necesidades reales de la aplicación.
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