sales@solarbuy.com

Mi cuentaMI CestaObtener una Cotización

$0.00
¡Hola Mundo!

Baterías de flujo: definición, ventajas y desventajas, análisis de mercado y perspectivas

Si bien es posible que esté familiarizado con los tipos de baterías tradicionales, como las de plomo-ácido, Ni-Cd y de iones de litio, las baterías de flujo son una tecnología menos conocida pero cada vez más importante en el sector del almacenamiento de energía.

En este artículo, exploraremos qué son las baterías de flujo, sus ventajas y desventajas, y el estado actual y el desarrollo futuro del mercado.

¿Qué son las baterías de flujo?

Se podría creer que las baterías de flujo son una nueva tecnología simplemente inventada en los últimos años.

En realidad, el desarrollo de las baterías de flujo se remonta a la década de 1970, cuando Lawrence Thaller de la NASA creó el primer prototipo de este tipo de batería. Ahora las baterías de flujo han evolucionado hasta convertirse en una tecnología prometedora para determinadas aplicaciones de almacenamiento de energía solar.

La composición de las baterías de flujo.

Vista esquemática de la batería de flujo
La vista esquemática de una batería de flujo | Fuente: ScienceDirect

Las baterías de flujo suelen incluir tres componentes principales: la pila de celdas (CS), el almacenamiento de electrolitos (ES) y las piezas auxiliares.

La pila de celdas (CS) de una batería de flujo consta de electrodos y una membrana. Es donde se producen reacciones electroquímicas entre dos electrolitos, convirtiendo la energía química en energía eléctrica.

A diferencia de las baterías recargables tradicionales, los electrolitos de una batería de flujo no se almacenan en la pila de celdas alrededor de los electrodos; más bien, son almacenados en tanques exteriores por separado.

Además de los tanques para almacenar electrolitos, otras partes auxiliares de una batería de flujo generalmente incluyen tuberías y válvulas para controlar el flujo de electrolitos, bombas para hacer circular electrolitos, sensores para monitorear la temperatura, presión y caudal, y un sistema de control.

La clasificación de las baterías de flujo.

Las baterías de flujo se clasifican principalmente según las reacciones electroquímicas y los materiales utilizados en los electrolitos. Los principales tipos de baterías de flujo son:

  • Baterías de flujo redox (RFB)
  • Baterías de flujo híbrido (HFB)
  • Baterías de flujo orgánico (OFB)

Entre los distintos tipos, algunos bien conocido Las variantes incluyen baterías de flujo redox de vanadio (VRFB) y baterías de flujo a base de zinc.

Cómo funciona una batería de flujo

Las baterías de flujo funcionan almacenando energía en forma química en tanques separados y utilizando reacciones electroquímicas para generar electricidad.

Específicamente, cada tanque de una batería de flujo contiene una de las soluciones de electrolitos. Los electrolitos son bombeado a través una pila de celdas, donde fluyen a través de electrodos sumergidos en las soluciones. Estos electrodos están separados por una membrana que permite el paso de los iones pero impide la mezcla de los electrolitos.

Durante la carga, una fuente de energía externa, como la energía solar, impulsa las reacciones de oxidación-reducción (un electrolito pierde electrones mientras que el otro gana electrones), almacenando energía en los electrolitos. Durante la descarga, se producen reacciones inversas, liberando la energía almacenada en forma de electricidad.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las baterías de flujo frente a las tradicionales?

Como tecnología más nueva de almacenamiento de energía en baterías, las baterías de flujo tienen algunas ventajas distintas a las baterías tradicionales. Pero sin lugar a dudas, existen algunas desventajas que obstaculizan sus aplicaciones comerciales a gran escala.

Ventajas de las baterías de flujo

Capacidad de descarga profunda

Exhibición de baterías de flujo capacidad de descarga superior en comparación con las baterías tradicionales, ya que Se puede descargar casi por completo sin causar daños. a la batería o reduciendo su vida útil. Baterías tradicionales como los de plomo-ácido y los de iones de litio, por otro lado, pueden experimentar una vida útil reducida y un rendimiento reducido si se descargan profundamente con frecuencia.

En el caso de las baterías de iones de litio, se puede esperar que no duren más de 10 años. Pero en el caso de las baterías de flujo, algunas pueden durar hasta 30 años.

Longevidad

Hablando de vida útil desde un punto de vista químico, las baterías de flujo almacenan energía en electrolitos e implican reacciones químicas reversibles, lo que permite desacoplamiento de potencia y capacidad energética: cargarse y descargarse repetidamente sin una degradación significativa.

Por el contrario, se sabe que las baterías de iones de litio más comunes sufrir de mecanismos de degradación como el revestimiento de litio, el crecimiento de capas de películas superficiales pasivadas en los electrodos y la pérdida de iones de litio reciclables y material de electrodos, todo lo cual afecta negativamente su longevidad.

Además, se generará cierta cantidad de calor durante el funcionamiento de las baterías de iones de litio y su capacidad disminuye durante el ciclo, lo que lleva a una reducción de su vida útil general.

Escalabilidad

En comparación con las baterías de iones de litio, las baterías de flujo ofrecen una escalabilidad superior debido a su capacidad para aumentar fácilmente la capacidad energética agregando más electrolitos a los tanques. Las baterías de iones de litio, por otro lado, tienen una escalabilidad limitada, ya que su capacidad está determinada principalmente por el número de celdas del paquete de baterías. Como resultado, las baterías de iones de litio pueden requerir un reemplazo completo o más modificaciones para ampliar su escala.

Almacenamiento de larga duración

Gracias a su capacidad de descarga profunda y su excelente escalabilidad, las baterías de flujo destacan por almacenar energía durante períodos más prolongados, desde horas hasta incluso días. Por el contrario, las baterías de iones de litio suelen tener una duración de varias horas.

Batería de flujo en el banco de pruebas de microrredes del INL
"Batería de flujo en el banco de pruebas de microrred del INL" (recorte) por Laboratorio Nacional de Idaho tiene licencia CC BY 4.0 DEED.

Seguridad

Diferente a la algunos otros tipos de bateríasLas baterías de flujo no contienen electrolitos inflamables, lo que reduce el riesgo de incendio o explosión. El diseño de los sistemas de almacenamiento de baterías de flujo permite que los tanques de almacenamiento se instalen por separado de la membrana de la celda conductora y la pila de energía, lo que mejora aún más la seguridad.

Contras de las baterías de flujo

Menor densidad de energía

Las baterías de flujo, si bien ofrecen ventajas en términos de potencia desacoplada y capacidad energética, adolecen de una menor densidad energética. debido a limitaciones en la solubilidad de materiales activos y capacidad del electrodo. Las amplias ventanas de voltaje de electrolitos no acuosos en baterías de flujo también puede impactar su densidad energética. 

Las baterías tradicionales, como las de iones de litio, se han optimizado a lo largo de los años, acercándose a sus límites teóricos de densidad de energía en función de los materiales utilizados en sus cátodos y ánodos.

Mayor costo inicial

Las baterías de flujo tienen un costo inicial más alto en comparación con otros tipos de baterías debido a su diseño complejo, que incluye tanques separados para almacenar electrolitos, bombas, plomería y sistemas de control. Además, sus tasas de carga y descarga relativamente bajas requieren el uso de cantidades sustanciales de materiales. La necesidad de diversos componentes auxiliares, junto con el empleo de materiales costosos, incluidos membranas y electrodos, amplifica aún más la inversión inicial general necesaria para implementar la tecnología de baterías de flujo.

Sin embargo, el costo puede ser compensar por su vida útil más larga y menores costos de reemplazo con el tiempo.

Entonces, ¿cuáles son las aplicaciones solares ideales para las baterías de flujo?

Las baterías de flujo presentan ventajas significativas sobre las tecnologías de baterías alternativas en varios aspectos, incluida la duración del almacenamiento, la escalabilidad y la longevidad, lo que las hace particularmente Muy adecuado para proyectos de almacenamiento de energía solar a gran escala.

Estos proyectos se desarrollan para atender a una amplia base de consumidores durante un período prolongado, mientras tanto con el objetivo de reforzar la resiliencia y flexibilidad de la red de servicios públicos. A Suministrar energía confiable y limpia a escala a un costo competitivo. Si bien abordan eficazmente la naturaleza intermitente de la energía solar, estos proyectos requieren una tecnología de almacenamiento de energía como la batería de flujo que ofrezca gran capacidad, rendimiento estable, una vida útil más larga y una flexibilidad excepcional.

Junto con un número cada vez mayor de proyectos solares a gran escala que se están implementando y en construcción en todo el mundo, el campo para esta tecnología de baterías está creciendo progresivamente. Una CAGR de 11.7% Se prevé que impulsará el mercado mundial de baterías de flujo de un valor de 0.73 millones de dólares en 2023 a la impresionante cifra de 1.59 millones de dólares a finales de 2030.

Actores clave como RedFlow, ESS Inc, UniEnergy Technologies y VRB Energy se dedican a desarrollar y fabricar sistemas de baterías de flujo innovadores y eficientes. Han hecho contribuciones significativas a la adopción y el crecimiento global de esta tecnología de baterías en el sector de las energías renovables.

¿Son ideales para proyectos comerciales y residenciales?

Los desafíos de una menor densidad energética y una alta inversión inicial limitan hasta cierto punto la adopción de esta tecnología en proyectos comerciales y residenciales.

Como se necesitará un gran espacio para la instalación de baterías de flujo, la mayoría de los proyectos solares residenciales optan naturalmente por el uso de la tecnología de almacenamiento de iones de litio con mayor densidad de energía y diseño compacto. El elevado costo inicial en contraste con las ganancias financieras relativamente pequeñas de un sistema fotovoltaico residencial también es un factor crucial que dificulta su adopción residencial.

Sin embargo, gracias a su diseño modular, escalabilidad y vida útil prolongada, algunos proyectos comerciales e industriales (C&I) están empezando a favorecer las baterías de flujo.

Palabras finales

Hasta ahora, el material electrolítico predominante en las baterías de flujo disponibles comercialmente ha sido vanadio. Si bien el vanadio muestra una excelente durabilidad a través de numerosos ciclos de adición y eliminación de electrones sin una degradación significativa, su rareza, su alto costo y su complejo procedimiento de procesamiento plantean desafíos para el despliegue de estas baterías.

Más allá de buscar materiales alternativos con un rendimiento más cercano al del vanadio, los investigadores también están concentrándose en mejorar la densidad energética, la eficiencia y la rentabilidad general de las baterías de flujo para mejorar su competitividad con las tecnologías de baterías tradicionales.

Medidas adicionales, como Marco de modelado del MIT, también se han desarrollado e implementado para comprender y evaluar mejor la viabilidad económica de las baterías de flujo para proyectos, así como para acelerar su implementación.

Deja un comentario▾

Deja un comentario

Su dirección de correo electrónico no será publicada. Las areas obligatorias están marcadas como requeridas *

Linkedin Facebook pinterest Youtube rss Twitter Instagram facebook en blanco rss-blank linkedin en blanco pinterest Youtube Twitter Instagram