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Diferentes sistemas de baterías, cuyas químicas son más prometedoras

Diferentes sistemas de baterías, cuyas químicas son más prometedoras

Aug 19 , 2019
Conozca los diferentes sistemas de baterías, explore las tendencias futuras y descubra qué químicas son más prometedoras.

Según The Freedonia Group, una firma de investigación industrial con sede en Cleveland, se pronostica que la demanda mundial de baterías primarias y secundarias crecerá un 7,7 por ciento anual, ascendiendo a 120 mil millones de dólares en 2019. El crecimiento real radica en las baterías secundarias (recargables) y Según Frost & Sullivan, las baterías secundarias representan el 76,4 por ciento del mercado mundial, cifra que se espera que aumente al 82,6 por ciento en 2015. La demanda está impulsada por los teléfonos móviles y las tabletas. Las estimaciones anteriores sobrestimaron la demanda de vehículos eléctricos y desde entonces las cifras se han ajustado a la baja.

En 2009, las baterías primarias representaban el 23,6 por ciento del mercado mundial y Frost & 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 baterías

Las baterías se clasifican según su composición 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 de ingresos del 37 por ciento, Li-ion es la batería elegida para dispositivos portátiles y sistemas de propulsión eléctricos. No hay otros sistemas que amenacen su dominio hoy.


Figura 1: Contribuciones a los ingresos por diferentes químicas de baterías
37 % Iones de litio
20 % Plomo ácido, batería de arranque
15 % Alcalina, primaria
8 % Plomo ácido, estacionaria
6 % Zinc-carbono, primaria
5 % Plomo ácido, de ciclo profundo
3 % Hidruro metálico de níquel
3 % Litio, primaria
2% Níquel-cadmio
1% Otros
El plomo ácido se mantiene firme como una fuente de energía robusta y económica para uso a granel. Aunque Li-ion está avanzando en el mercado de plomo-ácido, la demanda de baterías de plomo-ácido sigue creciendo. Las aplicaciones se dividen en baterías de arranque para automóviles, también conocidas como SLI (20%), baterías estacionarias para respaldo de energía (8%) y baterías de ciclo profundo para movilidad sobre ruedas (5%) como carros de golf, sillas de ruedas y elevadores de tijera. .


La alta energía específica y el almacenamiento prolongado han hecho que los productos alcalinos sean más populares que el antiguo zinc-carbono, que Georges Leclanché inventó en 1868. El hidruro metálico de níquel (NiMH) continúa desempeñando un papel importante ya que reemplaza las aplicaciones que antes cumplía el níquel-cadmio ( NiCd). Sin embargo, con una cuota de mercado del 3 por ciento y en descenso, NiMH se está convirtiendo en un actor menor.

Un uso emergente de la batería es el tren motriz eléctrico para el transporte personal. El coste de la batería, la longevidad y las cuestiones medioambientales dictan la rapidez con la que el sector automovilístico adoptará este nuevo sistema de propulsión. El combustible fósil es barato, conveniente y fácilmente disponible; Los modos alternativos enfrentan una dura 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 brinda soluciones a corto plazo a grupos de presión selectos.

Los nuevos mercados que impulsan aún más el crecimiento de las baterías son las bicicletas eléctricas y los sistemas de almacenamiento de energía renovable, de los que se están beneficiando propietarios de viviendas, empresas y países en desarrollo. Las grandes baterías de almacenamiento de la red recogen el excedente de energía durante los períodos de alta actividad y cierran la brecha cuando el aporte es bajo o cuando la demanda de los usuarios es alta.

Avances en baterías

Las baterías están avanzando en dos frentes, lo que se refleja en una mayor energía específica para tiempos de funcionamiento más prolongados y una potencia específica mejorada para requisitos de carga de alta corriente. Es posible que mejorar una característica de una batería no fortalezca automáticamente 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 la secundaria de litio-metal (Li-metal). Una versión temprana fue introducida en la década de 1980 por Moli Energy, pero la inestabilidad del litio metálico en el ánodo provocó un retiro del mercado en 1991. El litio sólido tiende a formar filamentos metálicos, o dendritas, que causan cortocircuitos. Otros intentos de otras empresas de resolver este problema terminaron con la interrupción del desarrollo.

Las cualidades únicas del Li-metal están impulsando a los fabricantes a revisar esta poderosa química. Se pueden controlar las dendritas y lograr el estándar de seguridad deseado mezclando litio metálico con estaño y silicio. También se está probando el grafeno como parte de un separador mejorado. El grafeno es una fina capa de carbono puro de un átomo de espesor unidas entre sí formando un panal hexagonal. También se han probado separadores multicapa que impiden la penetración de las dendritas. Las nuevas baterías experimentales de Li-metal alcanzan 300 Wh/kg y el potencial es mucho mayor. Esto es de especial interés para el vehículo eléctrico.
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