Diferentes Sistemas De Baterías,qué Productos Químicos Son Más Prometedores

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Diferentes sistemas de baterías, qué productos químicos son más prometedores

2019-08-19

Conozca los diferentes sistemas de baterías, explore las tendencias futuras y descubra qué productos químicos son más prometedores.

Según The Freedonia Group, una firma de investigación de la industria con sede en Cleveland, se pronostica que la demanda mundial de baterías primarias y secundarias crecerá un 7,7 por ciento anual, llegando a US $ 120 mil millones en 2019. El crecimiento real radica en las baterías secundarias (recargables) y de acuerdo con Frost & amp; Sullivan, las baterías secundarias representan el 76.4 por ciento del mercado global, un número que se espera que aumente al 82.6 por ciento en 2015. La demanda es impulsada por teléfonos móviles y tabletas. Estimaciones anteriores sobreestimaron la demanda de vehículos eléctricos y desde entonces las cifras se han ajustado a la baja.

En 2009, las baterías primarias constituían el 23,6 por ciento del mercado mundial y Frost & amp; Sullivan predijo una disminución del 7,4 por ciento para 2015. Las baterías no recargables se utilizan en relojes, llaves electrónicas, controles remotos, juguetes, linternas, balizas y dispositivos militares en combate.

Una descripción general de los tipos de batería

Las baterías se clasifican por química, y las más comunes son los sistemas a base de litio, plomo y níquel. La figura 1 ilustra la distribución de estas químicas. Con una participación del 37 por ciento en los ingresos, Li-ion es la batería de elección para dispositivos portátiles y el tren motriz eléctrico. No hay otros sistemas que amenacen su dominio hoy.

Figura 1: Contribuciones de ingresos por diferentes químicas de batería

37% de iones de litio
20% de ácido de plomo, batería de arranque
15% alcalino, primario
8% de plomo ácido, estacionario
6% de zinc-carbono, primario
5% de ácido de plomo, ciclo profundo
3% de hidruro de níquel-metal
3% de litio, primario
2% de níquel-cadmio
1% Otros

El ácido de plomo se mantiene como una fuente de energía robusta y económica para uso a granel. Aunque el ion de litio está incursionando en el mercado del ácido de plomo, la demanda de baterías de plomo ácido sigue creciendo. Las aplicaciones se dividen en baterías de arranque para automoción, también conocidas como SLI (20%), baterías estacionarias para respaldo de energía (8%) y baterías de ciclo profundo para movilidad con ruedas (5%), como carros de golf, sillas de ruedas y elevadores de tijera. .

La alta energía específica y el almacenamiento prolongado han hecho que el alcalino sea más popular que el antiguo carbono-zinc, que Georges Leclanché inventó en 1868. El hidruro de níquel-metal (NiMH) continúa desempeñando un papel importante, ya que reemplaza las aplicaciones que anteriormente servía el níquel-cadmio ( NiCd). Sin embargo, con una cuota de mercado del 3 por ciento y en declive, NiMH se está convirtiendo en un jugador menor.

Un uso emergente de la batería es el tren motriz eléctrico para el transporte personal. El costo de la batería, la longevidad y los problemas ambientales determinan la rapidez con que el sector automotriz adoptará este nuevo sistema de propulsión. El combustible fósil es barato, conveniente y fácilmente disponible; Los modos alternativos enfrentan una fuerte oposición, especialmente en América del Norte. Es posible que se necesiten incentivos gubernamentales, pero dicha intervención distorsiona el verdadero costo de la energía, protege los problemas subyacentes con los combustibles fósiles y sirve a grupos de presión seleccionados con soluciones a corto plazo.

Los nuevos mercados que impulsan aún más el crecimiento de la batería son la bicicleta eléctrica y los sistemas de almacenamiento de energía renovable, de los que se benefician los propietarios de viviendas, las empresas y los países en desarrollo. Las baterías de almacenamiento de red grandes recogen energía excedente durante una actividad alta y cierran la brecha cuando la entrada es baja o cuando la demanda del usuario es alta.

Avances en Baterías

Las baterías avanzan en dos frentes, lo que se refleja en una mayor energía específica para tiempos de ejecución más largos y una potencia específica mejorada para los requisitos de carga de alta corriente. Mejorar una característica de una batería puede no fortalecer automáticamente a la otra y, a menudo, existe un compromiso. La figura 2 ilustra la relación entre la energía específica en Wh / kg y la potencia específica en W / kg.

La batería con mejor rendimiento en términos de energía específica y potencia específica es el litio-metal secundario (Li-metal). Moli Energy introdujo una versión inicial en la década de 1980, pero la inestabilidad con el litio metálico en el ánodo provocó un retiro en 1991. El litio sólido tiende a formar filamentos metálicos, o dendritas, que causan cortocircuitos. Otros intentos de resolver este problema por parte de otras compañías terminaron en suspender los desarrollos.

Las cualidades únicas del Li-metal están impulsando a los fabricantes a revisar esta poderosa química. Domar las dendritas y lograr el estándar de seguridad deseado se puede lograr mezclando litio metálico con estaño y silicio. El grafeno también se está probando como parte de un separador mejorado. El grafeno es una capa delgada de carbono puro con un espesor de un átomo unido en un panal hexagonal. También se han probado separadores de capas múltiples que evitan la penetración de la dendrita. Las nuevas baterías experimentales de Li-metal alcanzan 300Wh / kg y el potencial es mucho mayor. Esto es de especial interés para el vehículo eléctrico.

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