O almacenamento de enerxía é un compoñente clave do sistema eléctrico moderno, xa que pode proporcionar flexibilidade, fiabilidade e resistencia á rede. O almacenamento de enerxía pode axudar a equilibrar a oferta e a demanda de electricidade, integrar fontes de enerxía renovables, reducir as emisións de gases de efecto invernadoiro e mellorar a calidade e a seguridade da enerxía .
Non obstante, non todas as tecnoloxías de almacenamento de enerxía son creadas iguais. Algúns deles teñen limitacións como a baixa densidade de enerxía, o alto custo, a curta vida útil ou o impacto ambiental. Polo tanto, é necesario unha nova xeración de dispositivos de almacenamento de enerxía que poidan superar estes desafíos e satisfacer a crecente demanda de enerxía limpa e sostible.
Un dos candidatos máis prometedores para este papel é o batería de fluxo. Unha batería de fluxo é a tipo de batería solar que utiliza electrólitos líquidos almacenados en tanques externos para almacenar e liberar enerxía. A diferenza das baterías convencionais, que teñen cantidades fixas de enerxía e potencia, as baterías de fluxo poden desacoplar estes dous parámetros axustando o tamaño dos tanques e o caudal dos electrólitos.
Tipos de baterías de fluxo
As baterías de fluxo pódense clasificar en diferentes tipos segundo a química e a configuración dos seus electrólitos. Os tipos máis comúns de baterías de fluxo son:
- Baterías de fluxo de vanadio (VFB): Os VFB usan ións vanadio en diferentes estados de oxidación como especies activas tanto nos electrólitos positivos como negativos. Isto elimina o risco de contaminación cruzada e garante unha alta eficiencia coulombica. Os VFB teñen unha alta densidade de enerxía, un ciclo de vida longo e unha boa estabilidade, pero tamén teñen un alto custo, baixa densidade de enerxía e un rango de temperatura limitado.
- Baterías de flujo de zinc-bromo (ZBB): Os ZBB usan cinc e bromo como especies activas nos electrólitos negativos e positivos, respectivamente. Os ZBB teñen unha alta densidade de enerxía e potencia, baixo custo e amplo rango de temperatura, pero tamén teñen baixa eficiencia coulombica, alta autodescarga e alta toxicidade. Os ZBB tamén requiren rexeneración periódica dos electrodos para evitar a formación de dendritas de cinc e o esgotamento do bromo.
- Baterías de flujo orgánico (OFB): Os OFB usan moléculas orgánicas, como quinonas ou ferrocenos, como especies activas nos electrólitos. Os OFB teñen baixo custo, gran abundancia e alta afinidade, pero tamén teñen baixa densidade de enerxía, baixa estabilidade e baixa solubilidade. Os OFB tamén se enfrontan a desafíos como a síntese complexa, a degradación e o cruzamento.
- Outras baterías de fluxo emerxentes: Tamén hai outros tipos de baterías de fluxo que están en desenvolvemento, como as de hidróxeno-bromo, de ferro-cromo, de ferro-aire e de todo-ferro. Estas baterías de fluxo teñen como obxectivo mellorar o rendemento, o custo e a sustentabilidade das baterías de fluxo mediante o uso de novos materiais e mecanismos.
Aplicacións das baterías de fluxo
As baterías de fluxo teñen unha ampla gama de aplicacións en diferentes sectores e escenarios, como:
- Servizos públicos e almacenamento de enerxía a escala de rede: As baterías de fluxo poden proporcionar varios servizos á rede, como a regulación de frecuencia, soporte de tensión, reserva de xiro, arranque en negro e alivio da conxestión. As baterías de fluxo tamén poden permitir a integración de fontes de enerxía renovables intermitentes, como a eólica e a solar, suavizando as súas flutuacións e almacenando o seu exceso de enerxía. As baterías de fluxo tamén poden reducir a demanda máxima e reducir os custos de electricidade tanto para as empresas de servizos públicos como para os consumidores.
- Microredes e integración de enerxías renovables: As microredes son sistemas eléctricos a pequena escala que poden funcionar de forma independente ou en coordinación coa rede principal. As microredes poden proporcionar subministración de enerxía fiable e resistente a áreas remotas, instalacións críticas ou comunidades. As baterías de fluxo poden mellorar o rendemento e a estabilidade das microredes proporcionando enerxía de reserva, desprazamento de carga e integración de enerxías renovables. As baterías de fluxo tamén poden reducir a dependencia dos xeradores diésel e dos combustibles fósiles e reducir a pegada de carbono das microredes.
- Vehículos eléctricos e transporte: As baterías de fluxo poden alimentar vehículos eléctricos e outros modos de transporte, como autobuses, trens, barcos e avións. As baterías Flow poden ofrecer unha autonomía de condución longa, reabastecemento rápido e alta seguridade para os vehículos eléctricos. As baterías de fluxo tamén poden reducir o peso e o volume da batería e prolongar a vida útil do vehículo. As baterías de fluxo tamén poden activar o concepto de vehículo á rede (V2G), onde os vehículos eléctricos poden subministrar enerxía á rede ou a outras cargas cando están estacionados ou inactivos.
- Outras aplicacións potenciais: As baterías de fluxo tamén se poden usar para outros fins, como a mellora da calidade da enerxía, a subministración de enerxía ininterrompida (UPS), os militares e de defensa, a exploración espacial e a educación e investigación. As baterías de fluxo tamén se poden combinar con outras tecnoloxías de almacenamento de enerxía, como supercondensadores, volantes de inerciaou almacenamento térmico, para crear sistemas híbridos de almacenamento de enerxía que poidan optimizar o rendemento e o custo do almacenamento de enerxía.
Baterías de fluxo vs baterías de iones de litio
As baterías de ión-litio son a tecnoloxía de almacenamento de enerxía dominante no mercado, xa que son amplamente utilizadas en produtos electrónicos de consumo, vehículos eléctricos e almacenamento de enerxía a escala de rede. Baterías de iones de litio teñen unha alta densidade de enerxía e potencia, alta eficiencia e baixa autodescarga, pero tamén teñen un alto custo, unha vida útil limitada, problemas de seguridade e impacto ambiental.
As baterías de fluxo e as baterías de ión-litio teñen diferentes puntos fortes e débiles, e a súa comparación depende da aplicación específica e do escenario. Estes son algúns dos principais aspectos a ter en conta ao comparar baterías de fluxo e baterías de iones de litio:
- actuación: As baterías de fluxo teñen menor enerxía e densidade de potencia que as baterías de ión-litio, o que significa que necesitan máis espazo e peso para almacenar a mesma cantidade de enerxía e potencia. Non obstante, as baterías de fluxo teñen maior capacidade de enerxía e maior duración que as baterías de iones de litio, o que significa que poden almacenar e entregar máis enerxía durante períodos máis longos, máis adecuadas para almacenamento de enerxía a longo prazo. As baterías de fluxo tamén teñen maior eficiencia coulombica e menor autodescarga que as baterías de ión-litio, o que significa que poden reter máis enerxía almacenada e perder menos enerxía co paso do tempo.
- Eficiencia e custo: As baterías de fluxo teñen unha menor eficiencia de ida e volta que as baterías de ión-litio, o que significa que perden máis enerxía durante os ciclos de carga e descarga. Non obstante, as baterías de fluxo teñen un custo de enerxía nivelado (LCOE) máis baixo que as baterías de iones de litio, o que significa que teñen un custo total inferior por unidade de enerxía entregada ao longo da súa vida útil. As baterías de fluxo tamén teñen un custo de capital e un custo operativo máis baixos que as baterías de ión-litio, xa que teñen materiais, compoñentes e mantemento máis sinxelos e económicos.
- Vida útil e degradación: As baterías Flow teñen unha vida útil e unha vida útil máis longas que as baterías de ión-litio, o que significa que poden funcionar durante máis ciclos e anos sen perder rendemento. As baterías de fluxo tamén teñen unha degradación e capacidade de desvanecemento mínimas que as baterías de ión-litio, xa que non sofren problemas como o recubrimento de litio, a formación de interfase de electrólitos sólidos (SEI) ou o crecemento de dendritas. As baterías de fluxo tamén teñen unha maior reciclabilidade e reutilización que as baterías de iones de litio, xa que poden ser facilmente restauradas ou reutilizadas substituíndo ou repoñendo os electrólitos.
- Seguridade e impacto ambiental: As baterías Flow teñen unha maior seguridade e compatibilidade co medio ambiente que as baterías de iones de litio, xa que usan electrólitos non inflamables e non tóxicos que presentan un risco mínimo de incendio, explosión ou fuga. As baterías de fluxo tamén teñen menores emisións de gases de efecto invernadoiro e menor consumo de auga que as baterías de iones de litio, xa que non requiren procesos de alta temperatura ou alta presión para a súa fabricación ou operación. As baterías de fluxo tamén teñen menor dependencia de materiais escasos e críticos que as baterías de iones de litio, como o cobalto, o níquel ou o litio, que están suxeitas a cuestións xeopolíticas e éticas.
As baterías de fluxo e as baterías de ión-litio teñen diferentes pros e contras, e a mellor opción depende da aplicación e do escenario específicos. As baterías de fluxo son máis adecuadas para aplicacións que requiren alta capacidade de enerxía, longa duración, longa vida útil, baixo custo e alta seguridade, como o almacenamento de enerxía a escala de rede, as microredes ou a enerxía de reserva. As baterías de ión-litio son máis adecuadas para aplicacións que requiren alta densidade de enerxía e potencia, alta eficiencia e baixo peso e volume, como produtos electrónicos de consumo, vehículos eléctricos ou mellora da calidade da enerxía.
As baterías de fluxo e as baterías de iones de litio non son mutuamente excluíntes, senón que son complementarias, xa que poden traballar en conxunto para crear sistemas híbridos de almacenamento de enerxía que poidan optimizar o rendemento e o custo dos almacenamento de enerxía.
Conclusión
As baterías de fluxo son unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía prometedora e emerxente que pode contribuír a un futuro máis ecolóxico e limpo. Non obstante, as baterías de fluxo aínda necesitan máis investigación e desenvolvemento, innovación e colaboración, e educación e concienciación para realizar todo o seu potencial e superar as súas limitacións.
