En un escenario en el que avanza electrificación de la industria del automóvil y el uso de energías renovables, el litio se ha convertido en el gran protagonista, recibiendo la mayor parte de la atención de los programas de I+D. Sin embargo, se trata de una tecnología que si bien todavía tiene recorrido sobre todo para mejorar el rendimiento térmico y mitigar su degradación, se encuentra ya en su fase final para extraer potencial de ella. Además del litio, la gama de materiales y sistemas que se utilizan para almacenar y suministrar energía según sea necesario es mucho más amplia de lo que cabría sospechar: una muestra está en los 10 ejemplos que exponemos a continuación.
En esta relación aparecen batería que pueden funcionar como una fuente de energía para un vehículo eléctrico, y también las que pueden alimentar pequeños dispositivos electrónicos o redes eléctricas del tamaño de una ciudad. Las soluciones que se están desarrollando son amplias: incluyen baterías basadas en arena, dióxido de carbono, calor y agua y otras que pueden resultar todavía más sorprendentes.
Baterías de arena
Una startup finlandesa llamada Polar Night Energy está calentando edificios en la ciudad de Kankaanpää con una batería que desarrolló a base de arena. La batería tiene la forma de una torre que contiene 100 toneladas de arena. La arena se sobrecalienta a unos 500 °C mediante energía renovable. Se emplea la eólica de manera general, y particularmente en verano la solar. La arena retiene su calor durante unos tres meses para su uso en el largo y frío invierno.
Batería de calcio
Un equipo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, propone los iones de calcio como una alternativa de almacenamiento de energía más ecológica, más eficiente y menos costosa que los iones de litio. "Estamos trabajando en una química de batería económica, abundante, segura y sostenible que utiliza iones de calcio en un electrolito acuoso a base de agua", explica el profesor de ingeniería de Rensselaer, Nikhil Koratkar, en un comunicado de prensa.
Si bien el tamaño más grande y la mayor densidad de carga de los iones de calcio en relación con el litio perjudican la cinética de difusión y la estabilidad cíclica, Koratkar y su equipo ofrecen estructuras de óxido que contienen grandes espacios abiertos (canales heptagonales y hexagonales) como posible solución.
Al ser el ion de calcio divalente entregará dos electrones por ion durante el funcionamiento de la batería. Esto permite una alta eficiencia con una masa y un volumen reducidos de iones de calcio. Sin embargo, su carga iónica más alta y su tamaño más grande en relación con el litio hacen que sea muy difícil insertar iones de calcio en los electrodos de la batería. Para superar ese problema, Koratkar explica el desarrollo de una clase especial de materiales llamados óxidos de molibdeno y vanadio que contienen grandes canales o túneles hexagonales y heptagonales que atraviesan el material.
Baterías de dióxido de carbono
Una empresa llamada Energy Dome completó una instalación de prueba piloto en la isla italiana de Cerdeña. Su batería de dióxido de carbono puede almacenar la energía necesaria para dar servicio a una red eléctrica durante 10 horas a menos de la mitad del coste de un sistema de batería de iones de litio.
El CO2 tiene la propiedad de condensarse y almacenarse como líquido a presión y a temperatura ambiente. El proceso de 'carga' consiste en tomar el CO2 almacenado en una gran bóveda a temperatura y presión atmosférica, y comprimirlo para convertirlo en líquido utilizando fuentes de energía renovables como la eólica y la solar. El resultado genera calor que calienta el CO2 líquido para convertirlo en gas que pasa por una turbina y genera electricidad en el proceso de 'descarga'. El CO2 vuelve al domo donde permanece para el siguiente ciclo de carga.
Batería de calor
El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) han desarrollado una celda termofotovoltaica (TPV) que convierte el calor en electricidad mediante la captura pasiva de fotones de alta energía de una fuente de calor. Con una eficiencia superior al 40 %, su rendimiento es mejor que el de las máquinas de vapor tradicionales, según el MIT.
Según la Oficina de Noticias del MIT, el plan es incorporar la celda TPV a una batería térmica a escala de red, de manera que el sistema absorbería el exceso de energía de fuentes renovables como el sol y almacenaría esa energía en bancos de grafito caliente fuertemente aislados. Cuando se necesita energía, como en días nublados, las celdas TPV convertirían el calor en electricidad y enviarían la energía a una red eléctrica.
Batería de agua
Alsym Energy está trabajando en una batería que no utiliza níquel, ni cobalto, ni litio en el cátodo, sino que emplea óxido de manganeso, mientras que el ánodo es un óxido de un metal diferente al litio. Según explica la compañía al eliminarlos evita los problemas asociados con el suministro y los costes de cada uno de esos materiales. El electrolito está formado principalmente por agua y no necesita utilizar disolventes orgánicos. Los materiales no inflamables ni tóxicos hacen que esta batería sea más respetuosa con el medioambiente y más segura, puesto que no hay riesgo de que se inflamen y ardan.
Las baterías se están desarrollando para vehículos eléctricos y otras aplicaciones. Alsym ha convencido al proveedor de servicios de gestión de barcos con sede en Singapur Synergy Marine para que trabaje juntos desarrollando aplicaciones específicas para la industria del transporte marítimo. Alsym proporcionará a Synergy y Nissen Kaiun "un gigavatio de baterías por año durante tres años. Los sistemas de baterías deben cumplir con los niveles clave de rendimiento y los requisitos reglamentarios específicos para buques de carga y petroleros".
Otra "batería de agua"
El ejemplo más grande de una batería de agua que tenemos hasta la fecha es la "batería Nant de Drance" en Valais, Suiza. Sus componentes son el embalse Vieux Emosson, que contiene 25 millones de metros cúbicos de agua (más de 6.500 piscinas olímpicas), y el embalse de Emosson aguas abajo del primero, el segundo embalse más grande de Suiza, una caverna de 600 metros de profundidad.
Entre los dos embalses hay seis turbinas de agua, cada una capaz de generar 150 MW de electricidad. La energía renovable, cuando es abundante, impulsa las turbinas para bombear agua desde el depósito inferior al superior; cuando es necesario, el agua se devuelve al depósito inferior a través de las turbinas para generar electricidad. Según Nant de Drance, la capacidad de almacenamiento de energía de esta batería gigante es de 20 millones de kWh, equivalente a la de 400.000 baterías de automóviles eléctricos.
Batería de gravedad
El desarrollador holandés de equipos de carga pesada Huisman Manufacturing está trabajando con Graviticity , una empresa emergente con sede en Edenburgh, Escocia, para fabricar sistemas de baterías de gravedad. El concepto consiste en una torre o un pozo de mina en el que se suspende un peso pesado. Al igual que con los ejemplos a base de arena y agua mencionados anteriormente, la energía renovable, se usa para accionar cabrestantes para elevar el peso; cuando se necesita energía, se permite que el peso descienda gradualmente, generando electricidad en el proceso.
Baterías de madera
Stora Enso, un fabricante de papel y productos de construcción y embalaje renovables, está trabajando con Northvolt para desarrollar baterías a base de madera equipada con un ánodo producido con carbono duro a base de lignina, un componente producido y extraído de la madera de los árboles.
Stora Enso posee la patente y los diferentes métodos de uso de la lignina, a lo que ellos denominan comercialmente como Lignode. La compañía posee los componentes clave y la experiencia con la que aspiran a hacer posible este proyecto. Esta empresa obtiene el material necesario a través de la explotación de los bosques propios gestionados de forma sostenible. Desde Northvolt estarán encargados de impulsar el diseño de las celdas, el desarrollo del proceso de producción y la posible ampliación de esta tecnología.
Batería de papel y agua
El desarrollador de ciencia y tecnología de materiales Empa ha desarrollado una batería de papel desechable activada por agua. Los investigadores sugieren que podría usarse para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos desechables de un solo uso y bajo consumo, como etiquetas inteligentes para rastrear objetos, sensores ambientales y dispositivos de diagnóstico médico.
Batería de potasio
La startup Group1, con sede en Austin, Texas, dice ser la primera empresa del mundo en comercializar materiales de cátodo para nuevas baterías de iones de potasio (KIB). En un comunicado de prensa, la compañía declaró que utiliza un "proceso impulsado por el aprendizaje automático para optimizar su producción de materiales de cátodo de potasio blanco de Prusia (KPW) para KIB de carga rápida, alta eficiencia y más seguros, que pueden ser una alternativa a las baterías de iones de litio".
La compañía argumenta que la adopción en la industria de los materiales de cátodo KPW de Group1 "se acelerará debido al ajuste de sus materiales con de ánodo de grafito existentes, los electrolitos, el diseño de las celdas y los procesos de fabricación de las baterías de iones de litio. Esto significa que los fabricantes no necesitan cambiar la infraestructura existente".
El potasio utilizado en los materiales del cátodo KPW de Group1 es 1.000 veces más abundante en la tierra que el litio y 20 veces más asequible, según Group1.
