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Tecnología e innovación en el almacenamiento de litio

El desarrollo de sistemas de almacenamiento energético avanza casi a diario, y esta cualificación tecnológica es fundamental para el sector. Los objetivos de eficacia, eficiencia y sostenibilidad son los puntos cardinales de una innovación que alberga el futuro de actividades tan importantes como la movilidad eléctrica o la comunicación. Para adentrarnos en este ámbito del sector energético hablamos con la Plataforma Tecnológica y de Innovación Española de Almacenamiento de Energía, apoyada por el Ministerio de Ciencia e Innovación.

Las perspectivas del sector del litio, aupadas principalmente sobre el potencial de nuevas formas de movilidad, son realmente positivas. El considerado ‘oro blanco’ es cada vez más codiciado en los mercados, fundamental para producir las baterías de los coches eléctricos. Desde la Plataforma Tecnológica y de Innovación Española de Almacenamiento de Energía (BatteryPlat), apoyada por el Ministerio de Ciencia e Innovación, nos hablan de este prometedor futuro, que incluso va más allá de la vertiente vehicular. “Es importante mencionar que es un mercado maduro con varios nichos, el de equipos de electrónica de consumo como lo son teléfonos, portátiles, tabletas; el de la movilidad, dentro del que encontramos las baterías para vehículos eléctricos; y, por último, de aplicaciones energéticas estacionarias. En este último nicho, encontramos dos categorías, la de utility scale, para grandes instalaciones de almacenamiento y behind the meter, para instalaciones domésticas”, señalan. La demanda creciente hace de él un mercado competitivo, con precios y plazos de entrega de mucha exigencia para los compradores. De los distintos nichos que se han abierto con el uso del litio, cada uno con características técnicas específicas, en España se han observado “tanto en el de aplicaciones energéticas estacionarias como en el mercado de la movilidad eléctrica”, dado que es uno de los mayores fabricantes de vehículos de Europa.

 

Tecnologías de almacenamiento

Tras el desarrollo de sistemas de almacenamiento de litio existe toda una familia de subtecnologías, en función de los componentes de la batería. “Dentro de la composición encontramos electrodos y un electrolito, y según los materiales que se utilicen para para estos dos, tendremos distintas subfamilias de baterías de Litio-ión. Cada uno puede contar con prestaciones diferentes que las hagan óptimas para aplicaciones de los grandes nichos antes mencionados”, aseguran desde la dirección de BatteryPlat. Indican, además, que la mayor evolución viene de las aplicaciones desarrolladas hacia la electrónica de consumo y de movilidad. “Ahora debemos refinar las prestaciones de las baterías para los vehículos, ya que existe una tendencia a buscar una mayor autonomía, y las de energéticas estacionarias”. La innovación persigue, además, evitar los materiales críticos, en especial aquellos que cuenta con una localización geográfica concreta y dificulten el proceso de reciclaje.

Pero ¿cuáles son los principales riesgos que se han de tener en cuenta en el uso y almacenamiento del litio? Desde BatteryPlat, señalan que la principal preocupación proviene fundamentalmente del material incluido en las baterías de Litio-ión que, por su tamaño y capacidad, contienen cantidades significativas de este metal. El uso, almacenamiento o transporte inadecuados de estas baterías podrían provocar reacciones químicas fuertemente exotérmicas que en ocasiones provoquen que la batería se incendie o incluso explote. “Las situaciones de mayor riesgo para las baterías de Litio-ión se producen durante la carga rápida o ultrarrápida, durante el almacenamiento o uso a temperaturas elevadas (por encima de los 60ºC) o la recarga a temperaturas muy bajas (por debajo de 0ºC)”, aseguran. Para hacer frente a esta exposición, se ha han desarrollado aditivos retardantes de llama que pueden reducir la inflamabilidad, y se investiga en “la sustitución de los electrolitos de las baterías de Litio-ión comerciales por electrolitos sólidos, que tienen un rango de estabilidad térmica mayor que los líquidos y que dificultan o impiden el crecimiento de dendritas de Litio metálico en situaciones de utilización abusiva, por ejemplo, durante la recarga ultrarrápida o a temperaturas muy bajas”.

 

Perspectivas y sostenibilidad

El sector del litio, trazo infaltable en el futuro de la energía, tiene en el ámbito de la provisión un flujo de desafíos y oportunidades. Sus perfiles se escriben casi cada día, gracias a un flujo constante de investigación y pruebas en marcha. “Las líneas de investigación más extendidas actualmente se orientan hacia lo que se denominan baterías de Generación 3b y Generación 4. La generación 3b se espera que llegue hacia 2025, y estará basada en el uso de cátodos con voltajes de operación más altos y de ánodos que contienen silicio o materiales compuestos de silicio y grafito”, indican desde la plataforma española. La generación 4, que alarga su plazo de afianzamiento hasta 2030, se basa en el uso de electrolitos sólidos que permiten utilizar ánodos de litio metálico -hoy en día inviables por los riesgos que plantean en unión con los líquidos-. “También se espera contar con tecnologías basadas en reacciones de conversión como las baterías Litio-azufre que combinan ánodos de Litio metálico con cátodos de azufre de muy bajo coste”.

Además de estos desarrollos técnicos, en los últimos años son cada vez más relevantes los esfuerzos orientados a explorar la reutilización de las baterías en aplicaciones de segunda vida y el reciclado de los componentes más valiosos de las baterías que llegan al final de su vida útil, lo que incluye el reciclado del Litio junto con otros metales. Estos objetivos se enmarcan en la tarea de paliar el impacto medioambiental, apoyados fundamentalmente con el logro de una economía circular, en la que “el residuo de la batería se convierte en una materia prima secundaria, regresando a la cadena de fabricación y reduciendo la explotación de las materias primas obtenidas de la minería”. Desde BatteryPlat insisten en esta potencial reutilización. “Por ejemplo, cuando una materia de movilidad alcanza una capacidad del 70% ya no es atractiva para el uso en un vehículo eléctrico, pero sigue siendo válida para el uso estacionario, dándole una segunda vida como batería en el ámbito de energía. Para lograrlo, es necesario asegurar la fiabilidad de la estructura al ser instalada en una viviendo o instalación industrial. Esta seguridad es obtenida al contar con normas y procedimientos de ensayo y certificación de la idoneidad de la batería para este nuevo uso”.

De hecho, cuando preguntamos a la dirección de la Plataforma Tecnológica y de Innovación Española de Almacenamiento de Energía por las claves del futuro en el almacenamiento de litio, nos señalan, además de la estricta seguridad que se exige a la actividad, “una adecuada gestión de la economía circular y de las economías de escala”. En este sector, y en el progreso de productos adaptados a los requisitos de cada nicho de mercado, ven desde la plataforma un factor fundamental en el potencial de desarrollo económico. “Sería ideal que dentro de España podamos identificar qué aspectos de la cadena de valor ofrecen oportunidades para las entidades nacionales. Es por esto que en BatteryPlat desarrollamos ‘Mapas de Capacidades Tecnológicas e Industriales’, con los que registramos dónde se pueden encontrar nichos de oportunidad para asentar agentes industriales relevantes”, concluyen.

Han colaborado en este artículo

batteryplatBatteryPlat es la plataforma española tecnológica de almacenamiento de energía. Su foco cubre todo el espectro de tecnologías de almacenamiento energético: el almacenamiento electroquímico, químico, térmico, mecánico y electromagnético. Cuenta con 90 entidades, compuestas por empresas, pymes, startups, universidades, organismos públicos de investigación, centros de investigación y otras entidades administrativas.

El objetivo de BatteryPlat es fomentar el desarrollo de tecnologías de almacenamiento energético independiente de su grado de madurez tecnológica. Cuenta con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación, que la reconoce como plataforma tecnológica española de almacenamiento de energía, así como el amparo del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, que la incluyó en el documento de Estrategia de almacenamiento de energía. Las citas incluidas en este artículo están extraídas de una entrevista realizada a Luis Manuel Santos (presidente) y Jesús Palma (vicepresidente) de la asociación.

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