Propiedades, características y aplicaciones de las tecnologías alternativas al litio

La creciente demanda global, impulsada por la electrificación de diversos sectores y la necesidad de almacenar energía renovable de manera eficiente, está llevando a la búsqueda de tecnologías alternativas que puedan complementar o incluso superar al litio en aplicaciones específicas.

Distintas son las potenciales alternativas que puede complementar a las soluciones basadas en litio. A continuación, resumimos algunas de ellas, analizando sus propiedades, características y posibles aplicaciones.

Las baterías de sodio-ion están emergiendo como una alternativa prometedora a las baterías de litio-ion, especialmente en aplicaciones donde el coste y la sostenibilidad son factores clave. El sodio es un elemento significativamente más abundante y económico que el litio, lo que no solo reduce los costes de producción, sino que también disminuye el impacto ambiental de la extracción y procesamiento de materias primas. Además, las baterías de sodio-ion presentan una ventaja importante en términos de seguridad, ya que tienen un menor riesgo de sobrecalentamiento y no sufren de los problemas de inflamabilidad asociados con las baterías de litio.

Estas baterías, aunque todavía se encuentran en una etapa de desarrollo menos avanzada que las de litio, están demostrando ser especialmente adecuadas para aplicaciones de almacenamiento estacionario, donde la densidad energética no es tan crítica. Por ejemplo, en sistemas de respaldo para energías renovables o en aplicaciones industriales donde el espacio no es una limitación, las baterías de sodio-ion pueden ofrecer una solución más económica y ecológica. Incluso, se está planteando también su uso para soluciones de transporte ligero (patinetes, motos, movilidad reducida…) así como, en algunos casos, para coches.

Sin embargo, su menor densidad energética en comparación con las baterías de litio-ion las hace menos competitivas en aplicaciones donde se requiere alta densidad de energía, como en vehículos eléctricos de larga autonomía. Los desafíos futuros incluyen mejorar la densidad energética y la durabilidad de estas baterías para ampliar su rango de aplicaciones y hacerlas más competitivas en el mercado global.

Las baterías de flujo redox representan una solución innovadora y altamente escalable para el almacenamiento de energía, especialmente en aplicaciones a gran escala. Estas baterías funcionan mediante la circulación de electrolitos líquidos a través de celdas electroquímicas, donde se produce la transferencia de electrones que almacena y libera energía. Una de sus principales ventajas es la capacidad de escalar tanto la capacidad de almacenamiento como la potencia de manera independiente, lo que permite ajustar el sistema según las necesidades específicas de la aplicación.

Estas baterías son particularmente adecuadas para el almacenamiento de energía renovable a gran escala, como en plantas solares o eólicas, donde pueden almacenar grandes cantidades de energía para ser liberadas cuando la demanda es alta o cuando la producción es baja. Además, las baterías de flujo redox tienen una vida útil excepcionalmente larga, ya que el proceso de almacenamiento de energía no implica reacciones químicas que degraden los materiales internos con el tiempo, lo que permite miles de ciclos de carga y descarga sin pérdida significativa de rendimiento.

Sin embargo, la baja densidad energética de estas baterías y la complejidad del sistema, que requiere equipos adicionales para la circulación de los electrolitos, limitan su aplicación en espacios más reducidos o en sistemas que requieren alta movilidad. A futuro, los retos se centran en mejorar la eficiencia y reducir los costos de los componentes para hacer que estas baterías sean una opción más accesible para una variedad más amplia de aplicaciones.

Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía que utilizan un campo electrostático en lugar de reacciones químicas para almacenar carga. Esto permite tiempos de carga y descarga extremadamente rápidos, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren una entrega rápida de energía, como el frenado regenerativo en vehículos eléctricos, sistemas de respaldo de energía para redes eléctricas, y en dispositivos electrónicos que necesitan ráfagas de alta potencia.

A diferencia de las baterías, los supercondensadores pueden soportar un número mucho mayor de ciclos de carga y descarga sin una pérdida significativa de rendimiento, lo que les confiere una vida útil excepcionalmente larga. Además, son capaces de operar en un amplio rango de temperaturas y son menos susceptibles a fallos por sobrecarga o sobrecalentamiento. Sin embargo, su densidad energética es significativamente menor en comparación con las baterías de litio, lo que significa que no pueden almacenar tanta energía en un tamaño o peso equivalente.

El futuro de los supercondensadores se centra en mejorar su densidad energética para expandir su uso a aplicaciones donde el espacio y el peso son más limitados. También se están explorando nuevos materiales y tecnologías híbridas que combinen las ventajas de los supercondensadores con la capacidad de almacenamiento de las baterías, lo que podría abrir nuevas posibilidades para su uso en una gama más amplia de sectores.

Las baterías de metal-aire, como las de zinc-aire, representan una de las alternativas más prometedoras para el almacenamiento de energía debido a su alta densidad energética y su capacidad para ser más ligeras que otras tecnologías convencionales. Estas baterías generan electricidad mediante la oxidación de un metal (como zinc o aluminio) con el oxígeno del aire, lo que elimina la necesidad de almacenar un agente oxidante dentro de la batería y permite un diseño más compacto y ligero.

La alta densidad energética de las baterías de metal-aire las hace particularmente atractivas para aplicaciones que requieren un almacenamiento de energía a largo plazo y que priorizan la capacidad por peso, como los vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento estacionario en áreas remotas. Por ejemplo, las baterías de zinc-aire ya se utilizan en dispositivos médicos como audífonos debido a su seguridad, bajo costo y capacidad de almacenamiento a largo plazo.

Sin embargo, estas baterías enfrentan varios desafíos técnicos a día de hoy. Uno de los principales problemas es la dificultad de recargar las baterías de metal-aire de manera eficiente, ya que la reacción de oxidación que produce electricidad es difícil de revertir. Además, la gestión del flujo de aire y la protección contra la contaminación ambiental, como la humedad y el dióxido de carbono, son esenciales para mantener la eficiencia y la vida útil de estas baterías.

El futuro de las baterías de metal-aire depende de superar estos desafíos técnicos y de la posibilidad de desarrollar sistemas de recarga más eficientes. Si estos obstáculos se superan, podrían revolucionar el almacenamiento de energía en aplicaciones de alta densidad energética, ofreciendo una alternativa competitiva al litio en sectores como la movilidad eléctrica y el almacenamiento estacionario a gran escala.

Mientras las baterías de litio continúan dominando el mercado, es evidente que las tecnologías alternativas como las baterías de sodio-ion, las baterías de flujo redox, los supercondensadores y las baterías de metal-aire presentan un potencial significativo para diversificar y complementar el almacenamiento de energía. Cada una de estas tecnologías ofrece ventajas únicas en términos de sostenibilidad, seguridad y adaptabilidad a diferentes aplicaciones energéticas.

En CIC energiGUNE, estamos comprometidos con la investigación y el desarrollo de estas soluciones innovadoras, trabajando para superar los desafíos técnicos actuales y maximizar su potencial en el mercado global. Nuestro enfoque es crear un futuro energético más sostenible y eficiente, explorando y perfeccionando estas alternativas para satisfacer las crecientes demandas de energía de manera más responsable y diversificada. A través de nuestra continua innovación y colaboración con la industria, contribuimos a la evolución de un panorama energético donde múltiples tecnologías puedan coexistir y complementarse, impulsando así un progreso significativo hacia un futuro más verde y sostenible.