Los diferentes tipos de baterías tienen diferentes efectos cuando se aplican al almacenamiento de energía.. El mundo depende cada vez más de fuentes de energía renovables como la solar y la eólica., y la demanda de almacenamiento de energía confiable también está creciendo. Por lo tanto, los tipos de baterías se inventan y amplían constantemente en consecuencia.
Almacenamos la energía generada durante los períodos pico de energía para usarla durante los períodos de máxima demanda o cuando la energía renovable no está disponible.. El método de almacenamiento de energía es almacenar energía eléctrica como corriente continua. (corriente continua) a través de baterías de almacenamiento de energía, que deben convertirse en corriente alterna (C.A.) para uso humano mediante almacenamiento o inversores solares.
Por lo tanto, en los últimos años, La industria de las baterías ha logrado avances significativos., con tecnología más avanzada y precios más económicos.
Mucha gente prefiere soluciones energéticas integradas, como el almacenamiento de energía solar de GycxSolar, porque es fácil de usar y tiene mejor rendimiento.
En este articulo, Investigaremos los tipos de baterías más adecuados para los sistemas de almacenamiento de energía y exploraremos algunos factores que deben tenerse en cuenta al seleccionar baterías de almacenamiento de energía..
Tabla de contenido
¿Qué es el almacenamiento de energía??
El almacenamiento de energía es el proceso de almacenar energía en dispositivos o sistemas específicos para su uso continuo según sea necesario.. En un sentido amplio, El almacenamiento de energía se refiere a almacenar energía en una forma o convertirla en otra forma a través de un medio o dispositivo., y luego liberarlo a través del equipo de acuerdo con las necesidades futuras de la aplicación..
El almacenamiento de energía definido estrictamente se refiere a una serie de tecnologías y medidas que utilizan métodos químicos o físicos para almacenar la energía eléctrica generada por la generación de energía y liberarla cuando sea necesario..
El almacenamiento de energía ayuda a los humanos a ahorrar energía y utilizarla cuando aumenta la demanda o se interrumpe la energía.. Por lo tanto, El almacenamiento de energía siempre mantiene un equilibrio entre la oferta y la demanda de los consumidores., y previene desafíos como la inestabilidad de la electricidad y el aumento de los costos..
Porque el proceso de almacenamiento de energía implica la conversión de diferentes formas de energía., El almacenamiento de energía puede ayudar a almacenar energía solar., viento, y otras fuentes de energía renovables, haciendo que el funcionamiento del almacenamiento de energía sea cada vez más importante.
¿Cuáles son los diferentes tipos de almacenamiento de energía??
Del diagrama adjunto, Se puede observar que existen varios tipos de almacenamiento de energía.. La selección de tipos de almacenamiento de energía se puede considerar de manera integral mediante la evaluación de la escalabilidad., Duración de los ciclos de carga y descarga., costos de almacenamiento, respeto al medio ambiente, y otros aspectos. Hay varios tipos comunes de almacenamiento de energía en el mercado..
Almacenamiento de energía mecánica
Implica el uso de energía térmica., energía eólica, energía hidráulica, y algunas fuentes de energía renovables. Los sistemas mecánicos populares incluyen almacenamiento por bombeo., compresión del almacenamiento de energía del volante, y almacenamiento de energía del aire.
Almacenamiento electroquímico
El almacenamiento de energía electroquímica implica varios tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías.. Las baterías convierten la energía química en energía eléctrica. Los dos tipos más comunes son las baterías recargables y las baterías de flujo.. Los diferentes tipos de baterías tienen sus propias características., Y este artículo trata principalmente sobre baterías recargables..
Comparación de 9 tipos de baterías de almacenamiento de energía
Próximo, Verás las ventajas y desventajas de 9 tipos de baterías en el campo del almacenamiento de energía. Son el hermano mayor de las pilas. – baterías de plomo-ácido, la corriente principal popular en el mercado – baterías de iones de litio, el popular objetivo de investigación y desarrollo – baterías de iones de sodio, la nueva y llamativa estrella en elementos de polímero de litio – baterías de litio azufre, baterías de níquel hidrógeno, supercondensadores, pilas de combustible, baterías de flujo, y baterías de óxido de cobalto y litio (LCO) en baterías de óxido de litio y cobalto.
① Batería de plomo-ácido
Las baterías de plomo son unas de las más antiguas., mas maduro, y tipos de baterías recargables más utilizados, que se han utilizado para el almacenamiento de energía durante décadas.
Las baterías de plomo ácido pueden resultarle familiares porque son las baterías más populares para vehículos..
baterías de plomo ácido son generalmente pesados y tienen una vida útil corta. Calculado en base a una operación de carga y descarga diaria., su ciclo de vida típico es inferior a tres años. Pero su precio es el más barato..
Las baterías de plomo-ácido tienen un sistema de reciclaje integral y también son el tipo de batería más maduro en el proceso de reciclaje.. Según la Asociación de Almacenamiento de Energía, su tasa de reciclaje de material supera 90%, y las baterías de plomo ordinarias están hechas de más 80% materiales reciclados, que también es respetuoso con el medio ambiente hasta cierto punto. Y las baterías de plomo-ácido también son más seguras que otras baterías químicas porque sus ingredientes activos no son inflamables..
Ventaja:
- Las materias primas son fácilmente obtenibles.
- El precio y el costo son relativamente bajos.
- Tecnología madura y completa
- Buen rendimiento de temperatura, puede trabajar en un ambiente de -40 ℃ -60 ℃.
- Adecuado para carga flotante, sin efecto memoria.
- Las baterías de desecho son fáciles de reciclar y ayudan a proteger el medio ambiente..
Desventajas:
- Baja densidad de energía (densidad de energía), generalmente entre 30-40 Wh/kg.
- Ciclo de vida corto (300 a 500 ciclos)
- Eficiencia relativamente baja (79-85%)
- Mal rendimiento a altas temperaturas
- El proceso de fabricación de este tipo de baterías es muy propenso a la contaminación ambiental y debe estar dotado de tres equipos de tratamiento de residuos.
Aplicaciones adecuadas:
- Sistema de almacenamiento de energía fuera de la red
- Sistema de energía de respaldo
- Aplicaciones que requieren baja densidad de potencia/energía
② Batería de iones de litio
Después de comprender las baterías de plomo-ácido del hermano mayor en el mercado de baterías., echemos un vistazo al mercado principal actual – baterías de iones de litio.
entre los 9 tipos de baterias, Las baterías de litio dominan el mercado., contabilidad de 92% de la capacidad instalada global de almacenamiento de energía electroquímica y 90% del mercado mundial de almacenamiento de baterías en red.
La tecnología de baterías de litio es actualmente la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica más importante y más utilizada., con sus principales aplicaciones de mercado en almacenamiento de energía y productos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, portátiles, y vehículos eléctricos de nuevas energías. Según el informe sobre tecnología de almacenamiento de energía y características de costos del Departamento de Energía de EE. UU., para un sistema de almacenamiento de energía de 4 horas, considerando el costo, actuación, calendario y ciclo de vida, así como la madurez tecnológica, baterías de iones de litio son la mejor opción.
Los principales tipos de baterías de iones de litio utilizadas para el almacenamiento de energía son:
Fosfato de hierro y litio (LFP)
Se considera la mejor opción para el almacenamiento fijo de energía debido a su alta seguridad., larga vida útil, y bajo costo.
Las baterías LFP son menos propensas a sufrir fugas térmicas.
Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC)
Proporciona mayor densidad de energía que LFP, pero con mayor costo y estabilidad térmica ligeramente menor.
titanato de litio (OLP)
Tiene una excelente densidad de potencia y ciclo de vida. (encima 10000 ciclos), y baja densidad de energía, haciéndolo adecuado para aplicaciones que requieren carga/descarga frecuente.
Ventaja:
- Velocidad de carga ligera y rápida
- Ciclo de vida largo (2000-5000 ciclos)
- Alta densidad de energía y densidad de potencia.: La densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 210 Wh/kg., y la densidad energética de las baterías ternarias de litio ha superado los 300Wh/kg
- Alta eficiencia de conversión de energía, hasta 80-90%
- Tiempo de respuesta rápido (sub segundo a segundo), sin efecto memoria
- La tasa de autodescarga es relativamente baja.: El ion Li completamente cargado tiene una tasa de autodescarga de aproximadamente 3% después de haber sido almacenado a temperatura ambiente durante un mes, que es mucho menor que el 25-30% de Ni Cd y el 30-35% de En MH
- No contiene elementos metálicos pesados nocivos para el cuerpo humano., verde y respetuoso con el medio ambiente
Desventajas:
- El costo es más alto que el de las baterías de plomo-ácido y otras baterías.
- Problemas de seguridad (riesgo de fuga térmica)
- Mal rendimiento a altas temperaturas
- La dificultad del reciclaje es alta., y el proceso de reciclaje es complejo
- Las reservas son limitadas, y el contenido de recursos de litio en la corteza terrestre es solo 0.0065%. Los recursos actuales de litio no pueden respaldar el vigoroso desarrollo de la industria del almacenamiento de energía electroquímica en el futuro..
Aplicaciones adecuadas:
- Vehículos eléctricos
- Almacenamiento de energía (especialmente almacenamiento de energía solar residencial/comercial)
- Almacenamiento de energía a escala de red
③ Batería de iones de sodio
Como se mencionó anteriormente, aunque las baterías de litio son actualmente la corriente principal en el mercado, Las reservas de recursos de litio en la Tierra son limitadas..
Desde su introducción en 1991, Las baterías de litio han dominado el campo del almacenamiento de energía.. Sin embargo, La demanda de este mineral ha provocado una escasez de suministro de litio., así como los consiguientes aumentos de precios y retrasos, que se han vuelto prominentes.
En años recientes, Varias industrias han estado explorando materias primas alternativas al litio para fabricar sistemas de almacenamiento de energía.. Uno de los tipos de baterías más factibles es baterías de iones de sodio: la relativa abundancia y el bajo coste de este mineral lo convierten en la próxima revolución en el almacenamiento de energía renovable.
El sodio es un metal alcalino blando plateado muy abundante en la naturaleza.. Una batería de iones de sodio es una batería recargable que utiliza iones de sodio. (Na+) para cargar.
El principio de funcionamiento de las baterías de iones de sodio es similar al de las baterías de iones de litio., y sus propiedades químicas son alcalinas. Esto significa que se pueden aplicar muchas reacciones electroquímicas a este tipo de batería., o al menos considerado.
sobre el pasado 20 años, 53% de las actividades de investigación de patentes en el campo de las baterías de iones de sodio se han llevado a cabo en China, seguido por Japón (16%) y los estados unidos (13%). La empresa que actualmente juega el papel más importante en esta tecnología es la empresa china CATL..
Según Bloomberg New Energy Finance, por 2030, Las baterías de iones de sodio pueden representar 23% del mercado de almacenamiento fijo de energía, equivalente a más 50 GWh de ingresos del mercado.
Ventaja:
- Alta densidad de energía: La densidad energética de las baterías de almacenamiento de energía de sodio puede alcanzar los 200 Wh/kg.
- Larga vida útil, con un ciclo de vida de más de miles de veces
- Materias primas abundantes: Las baterías de sodio para almacenamiento de energía utilizan iones de sodio., que son elementos ampliamente presentes en la Tierra.
- Bajo costo, porque en comparación con metales raros como el litio, Los recursos materiales de las baterías de sodio para almacenamiento de energía son más abundantes y productivos., entonces el precio del sodio es relativamente barato, lo que favorece la reducción del coste total de las baterías
- Los iones de sodio no contienen metales pesados que contaminan el medio ambiente y tienen un impacto relativamente pequeño en el medio ambiente.
Desventajas:
- Mayor volumen de batería: Debido al mayor tamaño de los iones de sodio., Se requiere una mayor superficie de electrodo para acomodar más iones., lo que resulta en un mayor volumen de baterías de almacenamiento de energía de sodio con ciertos requisitos de espacio.
- La estabilidad es media: especialmente en entornos complejos como alta temperatura y alta presión, Los iones de sodio son propensos a reacciones inestables., lo que puede causar problemas de seguridad como combustión y explosión de la batería., y se necesita más investigación y desarrollo para resolverlos.
- Aplicación comercial limitada: La aplicación comercial de las baterías de almacenamiento de energía de sodio es relativamente limitada., Actualmente se utiliza principalmente para sistemas de almacenamiento de energía a gran escala y necesidades específicas de almacenamiento de energía en ciertos escenarios., como el almacenamiento de energía solar y eólica.
④ Batería de níquel-hidrógeno
Ventaja:
- La densidad de energía del peso es de 65 Wh/kg., y la densidad de energía volumétrica ha aumentado en 200 Wh/L.
- Alta densidad de potencia, Capaz de aceptar corrientes más grandes durante las actividades de carga y descarga.
- Buen rendimiento de descarga a baja temperatura
- Ciclo de vida alto
- Respetuoso con el medio ambiente y libre de contaminación.
Desventajas:
- Rango de temperatura de funcionamiento normal -15-40 ℃, pobre rendimiento a alta temperatura
- Alta tasa de autodescarga
- Bajo voltaje de trabajo, rango de voltaje de trabajo 1.0-1.4V
- Batería de níquel-hidrógeno El precio es más caro que el de las baterías de plomo-ácido., pero el rendimiento es peor que el de las baterías de iones de litio
- Por lo tanto, como tipo de batería para almacenamiento de energía, no es recomendable.
⑤ Supercondensadores
Supercondensadores, También conocidos como supercondensadores o condensadores de doble capa., son un sistema de almacenamiento de energía que ha llamado la atención de los profesionales de la industria. Almacenamiento de energía mediante cargas electrostáticas..
En comparación con las baterías, Los supercondensadores tienen mayor potencia y se pueden cargar y descargar en menos tiempo.. En comparación con las baterías, su energía específica es relativamente baja. Por lo tanto, El uso más eficaz de los supercondensadores es proporcionar un aumento de potencia muy breve para el suministro de energía.. Desde esta perspectiva, supercondensadores Actualmente no son adecuados para el almacenamiento de energía convencional..
Ventaja:
- Alta densidad de potencia
- Corto tiempo de carga
Desventajas:
- Baja densidad de energía, solo 1-10 Wh/kg
- La duración de la batería es demasiado corta.
Aquí hay una hoja de datos para supercondensadores y baterías de almacenamiento de energía normales como referencia..
⑥ Pila de combustible
Hay múltiples tipos de pilas de combustible, y su singularidad radica en las diversas posibilidades de aplicaciones potenciales, con cada tipo funcionando ligeramente diferente. Si se utiliza hidrógeno como combustible, los productos son electricidad, agua, y calor, que se puede utilizar para generar electricidad limpia y eficiente.
El principio de funcionamiento de las pilas de combustible es similar al de las baterías., pero no agotan su energía ni requieren carga. Mientras haya suministro de combustible, generarán electricidad y calor.
Ventaja:
- Más alto que la energía
- Alta capacidad individual
- Alta densidad de potencia
- Respetuoso con el medio ambiente y libre de contaminación.
Desventajas:
- El sistema es complejo y la madurez técnica es pobre.
- Altas necesidades de dióxido de azufre en el aire.
- Es difícil determinar la calidad o superioridad del uso de diferentes combustibles como baterías de almacenamiento de energía., ya que su vida útil varía
⑦ Batería de flujo
Baterías de flujo Son una tecnología de batería relativamente nueva que se está volviendo cada vez más popular en aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala..
Es una batería recargable en la que el electrolito fluye desde uno o más tanques de almacenamiento a través de una celda electroquímica., almacenar y liberar energía a través del electrolito líquido bombeado por la batería.
Al mismo tiempo, La capacidad de almacenamiento se puede aumentar aumentando la cantidad de electrolito almacenado en el tanque..
La separación del nivel de energía y el nivel de potencia es una característica de rendimiento importante de los sistemas de baterías de flujo..
Los principales tipos son:
Batería de flujo de vanadio (VRFB)
Puede descargarse completamente durante mucho tiempo sin que se degrade el rendimiento.
Adecuado para almacenamiento a gran escala en la red eléctrica, pero caro en precio.
Batería de flujo de bromuro de zinc
Tiene una alta densidad energética y amplias perspectivas en términos de coste y vida útil..
Sin embargo, Todavía hay margen de mejora en la disponibilidad de materiales., tecnología, y madurez de fabricación.
Ventaja:
- Rendimiento seguro y confiable (electrolito no inflamable)
- Capacidad de descarga profunda
- Tiene una alta tasa de descarga de carga.
- Duración de la batería de iones de litio: ciclo de vida hasta 30 años
- Tiempo de respuesta rápido: Cambio rápido entre carga y descarga, solo 0.02 artículos de segunda clase;
Desventajas:
- Baja densidad de potencia
- Gran huella (tanque de almacenamiento de electrolitos)
- Mayores requisitos de mantenimiento
- Contaminación cruzada de electrolitos positivos y negativos.
- Algunos requieren costosas membranas de intercambio iónico
- Las dos soluciones tienen mayores volúmenes y menores energías específicas.
- Baja eficiencia de conversión de energía (65-70%)
Aplicaciones adecuadas:
Almacenamiento de energía a gran escala a largo plazo
Aplicaciones que requieren un bajo consumo de energía sostenido a largo plazo
⑧ Batería de litio y azufre
Batería de litio y azufre Es una batería recargable con litio como ánodo y azufre como cátodo.. Pertenece a las baterías de litio., pero como los iones de sodio, El azufre también abunda en las reservas de la Tierra y tiene sus propias características de alta calidad..
Hay una introducción más completa y detallada a Batería de litio y azufre frente a. Batería de iones de litio – Cómo elegir en este artículo.
Ventaja:
- Alta densidad de energía, La densidad de energía teórica puede alcanzar 2600 Wh/kg;
- Bajo costo
- Bajo consumo de energía
Desventajas：
- Los productos de reacción sólidos pueden bloquear el contacto entre el electrolito y el aire., afectando el proceso de reacción
- La dificultad técnica es alta., y la implementación de la comercialización aún está bajo investigación..
⑨ Batería de óxido de cobalto y litio(LCO, LiCoO2)
La batería de óxido de cobalto y litio también es una batería de litio. , en 6 Tipos químicos de baterías de iones de litio entre los que puede elegir tiene información detallada sobre la batería de óxido de cobalto y litio (LCO, LiCoO2) ha sido introducido en el artículo.
Ventaja:
- Alta energía específica (densidad de energía)
- Adecuado para pequeños dispositivos electrónicos portátiles
Desventajas:
- No es una batería de litio de larga duración: normalmente tiene una vida útil de 500-1000 ciclos
- El precio del cobalto es bastante caro y no rentable..
- Baja estabilidad térmica y posibles riesgos para la seguridad..
- Limitación de potencia específica: La potencia específica más baja limita el rendimiento de la batería de óxido de cobalto y litio..
Basado en datos de mercado actuales, LCO no es un tipo de batería particularmente popular.
Elegirla como uno de los tipos considerados de baterías de almacenamiento de energía se debe a investigaciones como El contrato de lantánidos construye mejores baterías de LiCoO2 de alto voltaje.
Lantánido Los elementos también son muy raros en la naturaleza., pero su contribución a las baterías de larga duración es difícil de ignorar.
Las reacciones químicas de las baterías de polímero de litio pueden compensar la escasez de elementos de litio, y los diferentes tipos de baterías producidas por las reacciones de varios elementos también le dan al mercado más opciones y vitalidad..
Además de centrarse en el mercado principal, También se debe prestar atención al desarrollo futuro de la industria de las baterías.. Se puede decir que las baterías de litio, lantano y óxido de cobalto también son un tipo de batería a la que vale la pena prestar atención..
Resumen
Como se puede ver, La selección óptima de la batería para el almacenamiento de energía tiene en cuenta los requisitos de uso básicos, como la potencia específica., densidad de energía, costo, seguridad, y ciclo de vida.
Las baterías de iones de litio tienen buen rendimiento pero alto costo, Si bien las baterías de plomo-ácido tienen un bajo costo, su resistencia integral no satisface completamente la demanda actual del mercado de almacenamiento de energía..
El desarrollo de baterías de iones de sodio y baterías de polímero de litio con lantánidos LCO también es prometedor para el futuro..
GycxSolar tiene productos populares en el mercado como baterías de plomo-ácido y baterías de litio.. Bienvenido no dudes en preguntar.
