La electricidad no se almacena. ¿Verdadero o falso? Falso. La electricidad se almacena en las centrales de bombeo, que ayudan a gestionar la red, y en las baterías, entre otros procedimientos.
El almacenamiento de la electricidad y la gestión inteligente de la red es una de las prioridades. O debería serlo.
Las energías renovables, y la eólica en particular, al igual que los vehículos eléctricos que empiezan a comercializarse, necesitan baterías. Se ha avanzado mucho, se está investigando en muchas direcciones y esta es, sin duda, una de las grandes fronteras tecnológicas de los próximos años.
Las primeras baterías de hace 150 años eran muy similares a las que hoy se utilizan en los automóviles. Lo que hace pensar en lo escasos que han sido los avances en este campo y el enorme margen de mejora que queda.
En 1859 el científico Gastón Planté construyó el primer acumulador de electricidad útil. Previamente, en 1803, Johann Wilhelm Ritte, alemán, había desarrollado un acumulador experimental sin aplicaciones prácticas. Alessandro Volta comunica su invento de la pila a la Royal London Society, el 20 de marzo de 1800. Johann Wilhelm Ritter construyó su acumulador eléctrico en 1803. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica. En 1860, Gaston Planté construyó el primer modelo de acumulador de plomo-ácido con pretensiones de ser un aparato utilizable, lo que no era más que muy relativamente, por lo que no tuvo éxito. Edison inventó, en 1900, otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito es la potasa cáustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908, y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no. También en 1900, en Suecia, Junger y Berg inventaron el acumulador Ni-Cd, que utiliza ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferroníquel en las restantes características.
Batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, se le denomina al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga. El mayor salto en el campo de las baterías ocurrió en 1991 al comercializarse la primera de iones de litio que por su poco peso eran ideales para los equipos electrónicos portátiles, y los nuevos coches eléctricos.
El término pila, en castellano, denomina los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas, "apilados" o "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción. Ahora también existen pilas recargables, que se pueden recargar y volver a usar.
Hace falta un enorme esfuerzo de investigación y desarrollo, y de cooperación entre las administraciones públicas y las empresas privadas, como lo han entendido en Japón, Corea del Sur, China, Estados Unidos y Alemania. ¿Y en España? Poca cosa, y lo pagaremos. El esfuerzo es mínimo y sin estrategia, con algunas excepciones meritorias, como la empresa Saft Baterías, que ha inaugurado en su sede de San Sebastián de los Reyes (Madrid), el primer Centro Técnico de Baterías Industriales de España.
La duración de las baterías, los largos periodos de recarga, su capacidad y su alto precio, son los factores clave que explican la escasa implantación de los vehículos eléctricos, hasta ahora. Un vehículo eléctrico se alimenta de la electricidad almacenada en baterías recargables, que permite su funcionamiento con cero emisiones en su punto de uso y sin apenas ruido, excepto el producido por los neumáticos. En la última década hemos asistido a una profunda mejora de las baterías, reduciendo su coste y permitiendo más ciclos de carga, a la vez que ha aumentado la capacidad de almacenamiento por unidad de peso y volumen, se ha eliminado el efecto memoria y ha aumentado su duración. La mejora de las baterías va a continuar.
Las baterías se alimentan de electricidad, que puede producirse de múltiples maneras, y su impacto es el de la propia generación de electricidad. Si se alimentan de energía eólica, termosolar o fotovoltaica, y se reciclan, el impacto ambiental será mínimo, y muy inferior al de los vehículos actuales, algo que no parecen entender los fundamentalistas con su mensaje primario y machacón, y una escasa repercusión. Basta ver las calles de cualquier ciudad. El no a todo no sirve para nada.
Los vehículos eléctricos no solucionarán los problemas de congestión, los accidentes y la ocupación de espacio por carreteras, calles y aparcamientos, pero pueden reducir de forma drástica las emisiones de CO2, el ruido y la contaminación atmosférica, y no es poco. Cuantos menos coches, mejor, pero como hay muchos y los seguirá habiendo, por lo menos, como mal menor, hay que pelear para que sean eléctricos y para que la electricidad provenga de energías renovables.
Las tasas actuales de reciclaje de baterías de vehículos alcanzan o superan el 90%, tasas mucho más elevadas que las pequeñas baterías empleadas en usos domésticos (menos del 10%), y que en gran parte acaban en los vertederos. Dado que el litio es totalmente reciclable, cabe esperar que las tasas del 90% se mantengan e incluso aumenten ligeramente.
El consumo eléctrico de una reconversión paulatina del parque de vehículos en España no plantea problemas irresolubles, e incluso puede contribuir a mejorar la gestión de la red (redes V2G). Un vehículo que consuma 14 kWh por cada 100 km (los consumos oscilan bastante, de 10 a 20 kWh por cada 100 km), y que recorriese unos 15.000 km anuales (una media aceptable), consumiría al año 2.100 kWh.
El parque de vehículos, según los últimos datos de la D.G.T., asciende a 30,3 millones en España, de los que 21,8 millones son turismos. Su consumo anual total ascendería a unos 80.000 GWh. Esta electricidad la podrían producir, en teoría, unos 37.000 MW eólicos. Para 2020 habrá unos 40.000 MW eólicos en tierra, más otros 5.000 MW de eólica marina, y después del 2020 la potencia eólica seguirá aumentando, además del desarrollo de la solar termoeléctrica o termosolar y la fotovoltaica, que pueden aportar cada una unos 20.000 MW en 2020.
Los vehículos eléctricos pueden recargarse en las horas valle, de menor demanda, e incluso en un futuro podrían verter electricidad a la red en horas punta de máxima demanda (V2G). La red de distribución existe, a diferencia del hidrógeno, y la infraestructura básica podría construirse en poco tiempo y sin grandes dificultades.
Pero también hay importes desventajas e inconvenientes. En primer lugar la capacidad y el coste de las baterías. Las baterías de iones de litio mejoran la capacidad y la autonomía de los automóviles eléctricos, pero son costosas, se recalientan y, sobre todo, existe un debate no resuelto sobre si hay recursos suficientes de litio para fabricar millones de nuevos automóviles, o pasaremos de depender del petróleo de Arabia Saudí al litio de Chile, Argentina y, sobre todo, Bolivia. El precio de la tonelada de litio pasó de costar 350 dólares en 2003 a 3.000 dólares en 2008.
La distancia que un vehículo eléctrico puede recorrer sin recargar la batería, en los modelos actuales o de próxima fabricación, va de 60 a 250 kilómetros. Hay que tener en cuenta que la mayor parte de los desplazamientos diarios son inferiores a los 60 km. Un automóvil eléctrico consume de 0,12 kWh a 0,30 kWh por kilómetro; para recorrer 100 kilómetros haría falta una batería con una capacidad de 12 kWh a 30 kWh, dependiendo del modelo.
Los vehículos de gasolina y gasóleo han mantenido y conservan una hegemonía casi absoluta desde hace un siglo, debido a que superan a los vehículos eléctricos en tres cuestiones clave: mayor autonomía, el tiempo de recarga o de repostar y el coste del vehículo, determinado por el precio de la batería. Un hecho es incontestable: la gasolina y el gasóleo proporcionan mayor densidad energética y flexibilidad que la más avanzada de las baterías: 13 kWh/kg en la gasolina (8,9 kWh por litro) y 12,7 kWh/kg en el gasóleo, frente a 0,16 kWh por kg de la última generación de baterías de iones de litio.
Iones de litio
La batería de iones de litio, también denominada batería Li-Ion, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito una sal de litio que procura los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo. Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, la ausencia de efecto memoria o su capacidad para operar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados para las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo, y también para los coches eléctricos.
Desde el inicio de su comercialización a principios de los años 1990 su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música, y hoy la industria del automóvil empieza a dar un salto cualitativo. Las baterías de iones de litio deben su desarrollo a la telefonía móvil y su desarrollo es muy reciente. Su densidad energética asciende a unos 115 Wh/kg, y no sufren el efecto memoria. Las baterías de iones de litio se usan en teléfonos móviles, ordenadores portátiles, reproductores de MP3 y cámaras, y alimentarán la siguiente generación de vehículos híbridos y eléctricos puros conectados a la red. A pesar de sus indudables ventajas, también presentan inconvenientes: sobrecalentamiento, alto coste y dependencia del litio.
Las baterías de polímero de litio es una tecnología similar a la de iones de litio, pero con una mayor densidad de energía, diseño ultraligero (muy útil para equipos ultraligeros) y una tasa de descarga superior. Entre sus desventajas está la alta inestabilidad de las baterías si se sobrecargan y si la descarga se produce por debajo de cierto voltaje.
Las nuevas baterías de de Sony tienen una capacidad de 2.000 ciclos de carga y descarga. El 99% de la carga se realiza en 30 minutos. Las nuevas baterías de Sony son baterías de iones de litio que no sólo son estables, sino que duran más que las actuales. El material utilizado en estas nuevas baterías es el Olivino Litio Ion Fosfato (OLFP). El mineral olivino es un silicato de magnesio de hierro, y es uno de los materiales más comunes en la tierra, y es ideal para el uso en las baterías debido a su sólida estructura cristalina y con un rendimiento estable.
La mejora se obtiene gracias al uso de fosfato de litio y hierro de estructura olivina como material catódico que ayudará a aumentar la vida de la batería hasta cuatro veces más si la comparamos con una unidad de iones de litio actual. Además también consiguen un 80% de retención después de 2.000 ciclos de carga-descarga o y su tiempo de recarga es mucho más reducido, del 99%, en 30 minutos. Sony señala que este tipo de baterías está destinado a herramientas eléctricas, aunque también llegarán a dispositivos móviles, y quizás al coche eléctrico.
La aplicación de las baterías de iones de litio en el vehículo eléctrico comenzó en 1990, con Sony Corporation y Nissan como protagonistas. Por ello cabe esperar que los coches eléctricos acaben beneficiándose de cualquier mejora en el rendimiento y capacidad de las baterías. La batería supone el 50% del coste de un vehículo eléctrico. Hasta ahora se ha investigado poco en baterías, por lo que cabe esperar que se produzcan muchos avances en los próximos años. El olivino o peridoto es un silicato de hierro y magnesio. Su apariencia es la de un mineral verde parduzco y se halla en las rocas de origen volcánico, especialmente en los basaltos.
Formado por una mezcla isomorfa de fayalita y forsterita, cristaliza en el sistema rómbico piramidal. Su peso específico varía entre 3,27 y 3,37, aumentando a medida que crece su contenido en hierro. Se transforma con facilidad en serpentina o silicato hidratado de magnesio separando al mismo tiempo al hierro en forma de magnetita. Los cristales límpidos (crisólitos) se emplean como piedra ornamental. El nombre de Olivino proviene de un grupo de minerales con estructura similar (el grupo de los Olivinos) que incluye la tephroita (Mn2SiO4), la monticellita (CaMgSiO4) y la kirschsteinita (CaFeSiO4).
Científicos de la Universidad de Waterloo han diseñado una batería de litio-azufre que, gracias a la nanotecnología, es capaz de almacenar 3 veces más electricidad que las baterías de iones de litio. Y lo que es más importante, además son más ligeras y más baratas de producir. Las diferentes estructuras atómicas de la batería y el conocimiento de la nanotecnología son las que hacen a esta batería diferente. Utilizaron carbono mesoporoso, un material que presenta una estructura muy uniforme de los poros a nivel de nanoescala, lo que permite un diseño más eficiente.
Hitachi ha anunciado hace unos días que ha creado una nueva cuarta generación de su sistema de baterías que tiene una densidad de 1,7 veces más que las mejores baterías de iones de litio. Con el fin de reducir la resistencia interna, la batería utiliza cátodos de manganeso y electrodos más delgados, junto con un nuevo método de captación de la electricidad, lo que permite mejorar la eficiencia a través de nuevas configuraciones. La tercera generación de batería de iones de litio comenzará su producción en masa en 2010. ¿Por qué es importante? En última instancia esto significa es un gran avance en la capacidad de las baterías, como la que Hitachi está a punto de poner en el mercado.
Zinc-aire
Pero hay otras alternativas muy prometedoras, como las de litio-aire que investiga IBM, las de zinc-aire recargables de la empresa ReVolt Technology, e incluso las de aluminio-aire, o las baterías bipolares de plomo-ácido. En los laboratorios de Japón, Estados Unidos, Europa y Corea del Sur se estudian todo tipo de alternativas, aunque será China quien las fabrique. Es probable que el futuro de la segunda generación de coches eléctricos pase por el desarrollo de baterías más potentes de zinc-aire, que sustituyan a las de iones de litio. Las de zinc-aire almacenan tres veces más electricidad que las mejores de iones de litio, pero el presente es de los iones de litio.
Las baterías de zinc-aire son una clara alternativa a las de iones de litio. Tienen una densidad energética de 370 Wh/kilogramo. Algunos expertos califican al zinc como el combustible eléctrico del futuro. Entre sus principales ventajas destaca su facilidad de carga y su alto potencial energético. A diferencia de otros tipos de baterías, éstas necesitan que el vehículo eléctrico vaya equipado con un sistema de filtrado e inyección de aire y de un sistema de monitoreo a bordo. La tecnología zinc-aire respetuosa con el medio ambiente encuentra su mejor aplicación en prótesis de oído, aparatos electrónicos portátiles y en el sector automotriz. Las baterías de zinc-aire han reemplaza por completo las baterías de mercurio en las prótesis de oído y, quizás, también reemplazarán a las de litio en los futuros automóviles eléctricos.
Según la consultora Frost & Sullivan, el mercado mundial de baterías de zinc-aire generó unos ingresos de 251 millones de dólares en 2005, que aumentará rápidamente debido a la mayor utilización de las baterías zinc-aire en aplicaciones emergentes, como los automóviles eléctricos. Las baterías zinc-aire, hasta hace poco, eran del tipo primarias, por lo que una vez agotada la carga no podían recargarse sino que hay que extraer el zinc y cargarlo fuera de la batería. Sin embargo, la carga del zinc es fácil y rápida. Uno de los grandes inconvenientes de la tecnología metal-aire era el hecho de que se trataba de baterías primarias no recargables. Ello hacía que fuese necesario comprar pilas nuevas o tratar de sacar el electrolíto y el hidróxido e introducir nuevo metal dentro.
Por esta razón la investigación va encaminada a conseguir una batería recargable basada en los sistemas metal-aire. La empresa ReVolt ya ha desarrollado la primera batería de zinc-aire recargable, un salto de gigante para la nueva era del vehículo eléctrico. Este tipo de batería puede proporcionar 3 veces más duración que las de plomo-ácido. Las pilas a base de zinc tienen como principal ventaja la posibilidad de ser recicladas sin límite, sin perder ni sus cualidades químicas, ni sus cualidades físicas.
Baterías bipolares de alta tecnología de plomo-ácido
Los acumuladores de plomo-ácido son los más antiguos y tienen una baja relación entre la electricidad acumulada con el peso y el volumen. Ocupan mucho espacio y pesan mucho, pero son duraderas y de bajo coste, y se tasa de reciclaje supera el 90%. Para conseguir una autonomía de 50 km con una velocidad punta de 70 km/h se necesiten más de 400 kg de baterías de plomo-ácido. El periodo de recarga puede oscilar entre 8 y 10 horas.
Pero los defensores de las baterías de plomo contraatacan. Las baterías bipolares de plomo-ácido son una alternativa a estudiar, investigar y mejorar. En almacenamiento de energía queda mucho por investigar y mejorar. La empresa Applied Intellectual Capital defiende que sus baterías bipolares de plomo-ácido pueden superar a las avanzadas baterías de iones de litio en densidad de potencia y precio, y espera que el mercado chino de los scooters eléctricos pueda probarlo.
Stephen Clarke cree que las baterías de plomo-ácido pueden revivir con el programa Obama de 3.000 millones para impulsar los vehículos eléctricos y el creciente mercado chino de los scooters eléctricos. Clarke es el director de Applied Intellectual Capital (AIC) de Alameda, California, una empresa que impulsa el desarrollo tecnológico de la electroquímica. Entre sus más recientes proyectos, AIC está trabajando en las baterías bipolares de plomo-ácido, una tecnología que cree que puede superar a las avanzadas baterías de iones de litio en densidad de potencia -la cantidad de energía que se puede suministrar en un periodo de tiempo - así como en precio. "Todo lo que crees que sabes acerca del plomo-ácido es erróneo", dijo Clarke en la conferencia Opportunities in Grid-Connected Mobility celebrada en San Francisco. Esto se debe a que las baterías de plomo-ácido con las que la mayoría de la gente está familiarizada son las clásicas baterías de coche, que se construyen tan barato como sea posible, con una vida útil con el tiempo suficiente para apenas sobrevivir a su garantía.
También son baterías monopolares la inmensa mayoría de las baterías actuales. Las baterías monopolares constan de un número de placas apiladas en serie junto a electrodos positivos y negativos. Ello resulta en una alta resistencia y en un peso innecesario.
Baterías Zebra (NaNiCl)
Otra de las baterías recargables que más prometen son las conocidas como Zebra. Tienen una alta densidad energética, pero operan en un rango de temperaturas que va de 270ºC a 350ºC, lo que requiere un aislamiento. Son apropiadas en autobuses y camiones eléctricos. En Stabio, en el sur del cantón del Tesino (Suiza), se está construyendo una fábrica para producir baterías en serie. Entre sus inconvenientes, además de la temperatura de trabajo, están las pérdidas térmicas cuando no se usa la batería.
Las baterías Zebra incluso trabajan con cantidades tan grandes como 100 kWh e incluso 10 MWh, pues pueden llegar a almacenar grandes cantidades de electricidad. La batería Zebra se fabrica a partir de sal común, cerámica y níquel y tiene cuatro veces más energía que una batería de ácido de plomo del mismo peso. Una batería Zebra se puede cargar alrededor de 1.000 veces. Para mantener el electrolito de sal líquido, la batería requiere una temperatura de entre 270° y 350°C. Debido al aislamiento al vacío, al igual que el utilizado en una botella de termo, la temperatura exterior es sólo de 5 a 10 grados superior a la ambiental y la pérdida de calor asciende a unos 40 W.
La batería se puede cargar en cualquier enchufe ordinario 110 o 220 V de potencia de salida y utilizando una carga rápida es posible cargar el 50% de su capacidad en 30 minutos. El proceso regular de carga lleva 6 a 8 horas y la batería Zebra es 100% reciclable. Los autobuses eléctricos de la EMT en Madrid van equipados con baterías ZEBRA, al igual que el Renault Twingo Quickshift Electric o los primeros Th!nk City.
El grafeno podría revolucionar las futuras baterías
El grafeno es uno de los materiales más atractivo de la electrónica. En esencia consiste en una simple hoja de anillos de carbono puro, de tan sólo un átomo de espesor, que se parece a una malla de gallinero. Esta modesta estructura ha captado la atención de los laboratorios de investigación más avanzados del mundo, desde Londres hasta Texas, y desde Solar Tech hasta IBM. En esos laboratorios ya están estudiando el grafeno para una amplia variedad de aplicaciones: baterías para los vehículos eléctricos, chips de ordenador, dispositivos de comunicación, pantallas táctiles o acumuladores de energía. El grafeno podría incluso aplicarse en el cableado eléctrico de alta tensión.
La existencia teórica del grafeno se había planteado desde hace décadas, pero se creía que un cristal bidimensional, hecho con una sola capa de átomos, se desharía. Hasta que en 2004 un equipo de la Universidad de Manchester dirigido por Andre Geim logró demostrar que era posible crear cristales bidimensionales. Ahora, el trabajo de un gran número de equipos científicos en el mundo consiste en preparar cantidades de este material suficientes para su uso en electrónica o construcción de otros materiales. El grafeno consistente en una sola capa de grafito, y es lo que en química se conoce como alótropo. La alotropía implica cualquiera de las formas en que se pueden organizar los electrones de un elemento, sin dejar de ser ese elemento, lo cual le proporciona la capacidad de adoptar diferentes propiedades.
El grafeno tiene varias características muy atractivas. Sus electrones afrontan 100 veces menos resistencia de la que enfrentan los componentes de silicio (los buenos conductores eléctricos tienen baja resistencia). Y ello es debido a que el grafeno es tan delgado que puede considerarse un material bidimensional (como una hoja de papel), construir dispositivos más pequeños y controlar el flujo de electricidad dentro de ellos es más fácil que con las alternativas tridimensionales como los transistores de silicio.
El grafeno podría incluso revolucionar las industrias del automóvil y de la energía solar y eólica, las cuales sufren actualmente el problema del almacenamiento adecuado, pero los investigadores piensan que los ultracapacitores de grafeno podrían ser la respuesta a este inconveniente. El ultracapacitor es un dispositivo de almacenamiento de energía que funciona a través de separar las cargas eléctricas, en lugar de almacenarlas químicamente (como hacen las baterías). Los ultracapacitores de grafeno podrían tener el doble o el triple de la capacidad de almacenamiento de los disponibles actuales.
Baterías de aluminio-aire, una promesa aún lejana
Las baterías de aluminio-aire almacenan 21 veces más que las de iones de litio. La densidad energética de las baterías de aluminio ya alcanza los 1.300 Wh/kg. Las Baterías de aluminio-aire no han tenido una gran aceptación comercial, pero su pequeñísimo peso y su gran densidad energética potencial han hecho que se acometan estudios en esta área, tales como prolongar la vida de esta pila entre otros, o conseguir recargarlas. Si estos problemas se resuelven podríamos ver grandes aplicaciones para las baterías de aluminio-aire en el futuro. La densidad energética de las baterías de aluminio ya alcanza los 1.300 Wh/kg, y se espera que alcance los 2.000 Wh/kg.
La batería de aluminio-aire pertenece a una familia de baterías bastante desconocida, las baterías de metal-aire. Constan de un metal en el ánodo y un electrolíto (una disolución de potasa), y el cátodo, en lugar de tener un compuesto químico oxidante, tiene una membrana en contacto con el aire que permite la difusión y reacción con el oxígeno de este. Ello da como resultado la formación de un hidróxido del metal y de la corriente eléctrica mientras aún quede metal en el ánodo. Al no necesitar un compuesto químico oxidante en el cuerpo de la batería, se reduce su volumen y peso con lo que aumenta su densidad energética de acumulación. De hecho la batería de aluminio-aire es la que tiene mayor capacidad teórica.
Pero no todo son ventajas ya que la batería de aluminio-aire tiene problemas de corrosión y estabilidad, aunque se van haciendo avances, pero no suficientes como para hallar aplicaciones comerciales. Las únicas existentes son las aplicaciones militares, donde los costes no tienen tanta importancia.
Nueva super-batería para cargar autobuses y tranvías en 10 segundos
Se habla de los coches movidos por baterías, pero ¿por qué no estamos en condiciones de viajar también en autobuses, tranvías o trenes eléctricos? Japón trabaja sobre esta cuestión. El National Institute of Advanced Industrial Science and Technology de Japón y Kawasaki Heavy Industries han desarrollado una batería capaz de mover estos vehículos que se recarga en menos de 10 segundos. Las dos organizaciones ya desarrollaron una batería de níquel-hidrógeno, pero la versión actual tarda alrededor de 600 segundos en cargarse.
Si bien la industria del automóvil utiliza baterías de iones de litio, los modelos de níquel-hidrógeno no contienen productos inflamables y son más baratos de usar (también son más grandes, pero son más fáciles de usar en los vehículos más grandes). Los vehículos tienen que cargarse rápidamente durante las paradas y no necesitan otras fuentes de energía distintas de la batería. El prototipo de batería soporta más de 1.000 ciclos y está previsto que se comercialice en 2013. Además de autobuses y tranvías, Kawasaki Heavy espera que también interese a los fabricantes de vehículos industriales, como carretillas elevadoras o grúas.
Nueva batería de sodio-azufre para almacenar energía eólica
El almacenamiento de la electricidad de una fuente intermitente como la energía eólica garantizará el suministro cuando el viento no sople. Ya hay proyectos en marcha, e incluso en España Gamesa ha empezado a trabajar en el almacenamiento de la eólica. Xcel Energy ha comenzado a probar unas enormes baterías de sodio-azufre fabricadas por los japoneses NGK Insulators que pueden almacenar hasta 7 MWh y devolverlos a la red cuando sean requeridos para tener así un flujo de energía constante. El grupo Xcel Energy trabaja actualmente en un proyecto para almacenar energía eólica, proyecto que se está probando en un parque eólico en Minnesota y que se trata de una batería compuesta por 20 módulos de 50 kilovatios cada uno.
Esta gigantesca batería puede almacenar hasta 7,2 megavatios/hora de energía, lo suficiente para abastecer de electricidad a 500 hogares durante siete horas. "El almacenamiento de energía es la clave para ampliar el uso de las energías renovables", sostiene Dick Kelly, representante de la compañía Xcel y agrega que “Esta tecnología tiene el potencial para reducir los efectos causados por la variabilidad de energía eólica”.
Este tipo de baterías, basadas en sulfuro de sodio, ya se han utilizado en varias aplicaciones en Estados Unidos, pero es la primera vez que se aplica a la energía eólica, sostienen las autoridades de Xcel. “Como líderes nacionales en la distribución de la energía eólica, esto será muy importante tanto para nosotros como para nuestros clientes”, asegura Kelly. Las baterías hechas de sodio y azufre como electrodos, son conocidas desde que se estudió la estructura atómica de los elementos con el objetivo de encontrar pares capaces de ceder-absorber electrones, y formar así baterías. Se creé que fue Ford Motor Co, la que al investigar una posible batería para automóviles eléctricos, descubrió una forma práctica de hacer una batería de estos elementos. En la actualidad otras empresas han continuado con la investigación y ya se tienen bancos de baterías de este tipo en el comercio.
Como todas las baterías, la de sodio-azufre (Na y S, del latín natrium y sulfurium), tiene dos electrodos, uno de sodio, (Na), y otro de azufre, (S), separados en este caso por un electrolito en cerámica (alúmina), capaz de conducir iones. El electrodo negativo es el sodio, que en presencia del electrolito se combina químicamente con el azufre para formar polisulfuros de sodio, produciendo además, una corriente de iones, que dan lugar a una corriente eléctrica. El electrodo positivo es el azufre.
Cabe aclarar que para que se efectúe la reacción, es necesario que los dos componentes estén líquidos, lo cual sucede, para el sodio, a partir de 98 grados, y para el azufre, a partir de 113 grados C. Sin embargo, debido a la estructura propia de las moléculas del azufre, que forman grandes cadenas, éste tiene calentarse hasta una temperatura próxima a los 300 grados. Esta elevación de temperatura tiene que hacerse con la celda totalmente cerrada, pues ambos elementos tienden a inflamarse cuando se calientan expuestos al aire.
Las baterías de Na-S tienen una muy alta densidad de carga, pues alcanzan de 100 a 120 Wh/kg, si las comparamos con las comunes de plomo ácido, que solamente llegan a tener del orden de 35 Wh/kg.
José Santamarta Flórez es director de World Watch. worldwatch@nodo50.org