El proyecto SOSBAT busca la implementación de nuevas tecnologías de baterías avanzadas y sostenibles para su aplicación en red. Se trata, por una parte, del desarrollo de nuevas químicas sostenibles alternativas a las baterías de Litio ion como son las baterías de Sodio ion y, por otra, de la integración de baterías de segunda vida.
Baterías para almacenamiento estacionario
El almacenamiento energético es un elemento indispensable para la transición energética. Concretamente, se espera que las baterías sean una tecnología clave tanto para la electrificación del transporte como para la amplia adopción de fuentes de energías renovables intermitentes.
Aunque dentro del mercado de las baterías el sector del transporte es el de mayor crecimiento en la actualidad, otras aplicaciones como el almacenamiento estacionario están ganando también cada vez más importancia. En este caso, las baterías son un elemento imprescindible para el almacenamiento de energía renovable, permitiendo incrementar la flexibilidad en su producción y asegurando su integración en el sistema. Además, también pueden dar soporte a la gestión de redes eléctricas o a las redes de recarga de vehículos eléctricos, entre otras aplicaciones.
En relación con los requisitos de este tipo de baterías, cabe mencionar que se trata de baterías que no están expuestas a vibraciones y estrés mecánico y, normalmente, su peso y su volumen no son factores críticos. Sin embargo, se ha de prestar especial atención tanto a la durabilidad como al coste de las baterías, así como al empleo de materiales abundantes, ya que se trata de almacenamiento estacionario a gran escala.
Por otra parte, en cuanto a las tecnologías empleadas para este tipo de aplicaciones estacionarias, se está evolucionando hacia la mejora de las baterías de litio ion avanzadas, pero también hacia químicas alternativas con el objetivo de mejorar el rendimiento, la durabilidad y la seguridad de las baterías, así como mejorar la sostenibilidad y la seguridad de la cadena de valor. En la actualidad, para el almacenamiento estacionario litio ion es la química dominante alcanzando hasta el 86% de la cuota de mercado. Se trata de las baterías más rentables en aplicaciones de almacenamiento de energía de corta duración.
Sin embargo, la creciente demanda de este tipo de baterías se espera que limite su aplicación a gran escala debido a la disponibilidad de recursos. La Unión Europea depende casi exclusivamente de las importaciones de numerosas materias primas fundamentales empleadas en baterías. Los proveedores de dichas importaciones se encuentran, con frecuencia, muy concentrados en un reducido número de terceros países, tanto en la fase de extracción como en la de procesamiento, un hecho que expone a la UE a importantes riesgos para el suministro.
Concretamente, las reservas de litio, una de las materias primas consideradas críticas en baterías junto con el grafito, el cobalto o el silicio, se concentran en Chile principalmente, además de Argentina, China y Australia.
Con el objetivo de dar respuesta a esta problemática, el Centro Tecnológico de la Energía (ITE) ha puesto en marcha el proyecto SOSBAT para la implementación de nuevas tecnologías de baterías avanzadas y sostenibles para su aplicación en red. Se trata, por una parte, del desarrollo de nuevas químicas sostenibles alternativas a las baterías de Litio ion como son las baterías de Sodio ion y, por otra, de la integración de baterías de segunda vida.
El proyecto SOSBAT, con número de expediente IMAMCA/2024/9, está financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad e Innovación (IVACE+i) a través de la subvención nominativa a ITE para apoyar la actividad en materia de I+D independiente, difusión de resultados de investigación y transferencia de conocimiento y tecnología a las empresas de la Comunitat Valenciana.
Baterías de sodio ion
Como se ha indicado anteriormente, aunque las baterías de litio ion dominan el sector del almacenamiento energético en la actualidad, su liderazgo se enfrenta a una serie de limitaciones como el empleo de materias primas críticas, la seguridad o el coste de la tecnología.
En este contexto, las baterías de sodio ion surgen como una alternativa prometedora, entre otras razones, debido a una mejor distribución de las reservas de materias primas, especialmente del sodio. Se trata de un elemento con una abundancia aproximadamente 1.000 veces superior a la del litio. Debido a ello, las sales de sodio empleadas como materias primas en baterías tienen un coste muy inferior a las de sus análogas de litio. Es, además, una tecnología que cuenta con menor toxicidad asociada y con un procesado de materiales más benigno para el medioambiente.
Cabe destacar también que su principio de funcionamiento es similar al de las baterías Litio ion y, por tanto, pueden emplearse tecnologías de fabricación muy similares, aprovechando de esta manera todos los avances en el proceso de fabricación.
Sin embargo, es una tecnología con un bajo grado de madurez y, por ello, es necesario fomentar la innovación en la misma para solventar los retos actuales y poder emplear estas baterías en aplicaciones a gran escala. Las baterías de sodio ion se postulan, en la actualidad, como sustitutas prometedoras para las celdas de litio basadas en química LFP para aplicaciones estacionarias.
Por ello, SOSBAT apuesta por esta química mediante el desarrollo de un nuevo prototipo de batería sodio ion basado en componentes mejorados, principalmente en la membrana. Se trata de separadores alternativos a los tradicionalmente empleados basados en poliolefinas. En la actualidad, ITE está trabajando en el desarrollo de un separador basado en polímeros sostenibles con el objetivo de mejorar tanto la seguridad como la sostenibilidad de las celdas y manteniendo prestaciones tales como la densidad de energía y de potencia o la ciclabilidad.
Concretamente, los separadores desarrollados están basados en polímeros derivados de la celulosa además de otros aditivos con el objetivo de alcanzar los requisitos deseados tanto de porosidad como de estabilidad mecánica o mojabilidad al electrolito.
Baterías de segunda vida
Adicionalmente al desarrollo de nuevas tecnologías, otra de las tendencias observadas en el campo de la investigación es el empleo de baterías de segunda vida de automoción para almacenamiento estacionario.
El impulso del sector de las baterías trae consigo un incremento de baterías retiradas del uso provocando un incremento de baterías tratadas como residuos cuando aún ofrecen capacidad para su uso. El empleo de baterías de segunda vida es, por tanto, una oportunidad para dar respuesta a los grandes volúmenes de baterías disponibles tras su fin de vida, ya que en el caso de las baterías de automoción el convenio es considerar el fin de vida útil de las mismas cuando alcanzan aproximadamente entre el 70 y 80% de su capacidad inicial. Tras un cribado y reacondicionamiento, en caso necesario, estas baterías todavía pueden ser empleadas para aplicaciones menos exigentes como el almacenamiento estacionario.
Darles una segunda vida a las baterías disminuye también la huella ecológica dado que contribuye a reducir la necesidad de nuevas baterías y, por tanto, la producción de nuevos materiales para el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento. Esta estrategia permite también extender la vida útil de las baterías existentes y reducir el flujo de baterías que han de ser recicladas.
Sin embargo, las aplicaciones de segunda vida y los criterios de decisión siguen siendo un tema en proceso de definición, ya que no existe legislación ni normativa vigente.
Los principales retos a los que se enfrenta esta industria emergente son relativos a las incertidumbres relacionadas con el estado de la batería y su desempeño en primera vida, los distintos requerimientos y procesos necesarios para acondicionar las baterías a su segunda vida, así como también la dificultad en definir el impacto económico y ambiental que puede generar esta industria. Estos factores contribuyen a dificultar la escalabilidad y replicabilidad de los procesos de reacondicionamiento, ya que cada batería y cada destino de segunda vida es un caso particular.
La necesidad de diagnóstico y la oportunidad de mercado surgida con la utilización de baterías de segunda vida en aplicaciones estacionarias son una realidad. Por ello, para poder impulsar el empleo de baterías de segunda vida, SOSBAT apuesta por el desarrollo y validación a nivel de laboratorio de nuevas metodologías de diagnóstico de celdas LFP tipo pouch para aplicación en segunda vida estacionaria conectada a red. El objetivo de estas metodologías es determinar el estado de salud de las baterías para identificar aquellas potencialmente viables en la aplicación seleccionada garantizando siempre la seguridad y el rendimiento operativo de las mismas.
En definitiva, SOSBAT a través de sus diferentes líneas de trabajo es una gran oportunidad para impulsar el desarrollo de soluciones sostenibles de baterías y dar soporte a las empresas valencianas involucradas en este ámbito.
