Sistemas de almacenamiento híbridos y soluciones de almacenamiento: Envejecimiento de las baterías: el camino hacia sistemas energéticos más duraderos y previsiones fiables

📡 La búsqueda constante de mejoras en la tecnología de almacenamiento de energía ha dado lugar a innovaciones fascinantes, incluidos los sistemas de almacenamiento híbridos. Estos sistemas pioneros combinan diferentes tecnologías de almacenamiento para compensar las desventajas de cada tecnología y aprovechar al máximo sus ventajas. Un ejemplo destacado es el acoplamiento de baterías de iones de litio y supercondensadores. El Instituto Fraunhofer de Economía Energética y Tecnología de Sistemas Energéticos (IEE), en colaboración con Skeleton Technologies y AVL, ha logrado avances significativos en la tecnología de predicción del envejecimiento de las baterías como parte del proyecto de investigación "SukoBa", que podría revolucionar la aplicación de sistemas de almacenamiento híbridos.

🔋 La sinergia de las baterías de iones de litio y los supercondensadores

Un sistema de almacenamiento híbrido que integra baterías de iones de litio y supercondensadores aprovecha las fortalezas de ambas tecnologías al tiempo que mitiga sus debilidades. Los supercondensadores son capaces de absorber y liberar grandes cantidades de energía en un período de tiempo extremadamente corto. Sin embargo, esta rapidez del proceso de carga y descarga no conduce a un envejecimiento significativo porque las intensidades de corriente no están limitadas por los procesos electroquímicos, sino por las capacidades de almacenamiento físico. Por el contrario, los supercondensadores tienen una baja densidad de energía, lo que significa que no pueden almacenar mucha energía a la vez.

Las baterías de iones de litio, por otro lado, ofrecen una alta densidad de energía y, por lo tanto, pueden almacenar grandes cantidades de energía, pero son sensibles a picos de corriente elevados, lo que puede provocar un mayor desgaste y una vida útil más corta. Por lo tanto, estas baterías no son adecuadas para aplicaciones en las que se producen cambios de carga frecuentes e intensivos, como en vehículos eléctricos o maquinaria de construcción. Aquí es donde entran en juego los supercondensadores. Pueden absorber picos de carga sin ejercer presión sobre la batería, lo que resulta en un uso más uniforme y cuidadoso de la batería.

🔎 El proyecto de investigación SukoBa y BaSiS

En el proyecto “SukoBa” se desarrolló un entorno de simulación llamado BaSiS – Battery Simulation Studio – cuyo objetivo es optimizar la interacción en sistemas de almacenamiento híbridos. En el corazón de esta tecnología se encuentra un modelo de degradación que proporciona predicciones precisas sobre el envejecimiento de las baterías cuando se utilizan junto con supercondensadores. Gracias al software BaSiS, los investigadores e ingenieros ahora pueden analizar varias configuraciones y escenarios operativos y analizar sus efectos sobre el envejecimiento de la batería.

BaSiS ayuda a ajustar las condiciones de funcionamiento de la batería y los algoritmos de control para lograr la máxima vida útil al mínimo coste. Esta flexibilidad es particularmente valiosa ya que permite integrar y probar rápidamente nuevas tendencias y tecnologías en la investigación de baterías y supercondensadores.

💡 Ventajas de los sistemas de almacenamiento híbridos en la práctica

Los sistemas de almacenamiento híbridos ofrecen una variedad de beneficios que van mucho más allá de los aspectos técnicos básicos. Permiten un uso más eficiente de la energía en vehículos eléctricos, maquinaria de construcción y almacenamiento de energía estacionario. Una ventaja clave es la mayor duración de la batería. Al aliviar las cargas máximas, se reduce el estrés térmico en la batería, lo que resulta en un menor desgaste y, por lo tanto, una vida útil más larga. Esto, a su vez, reduce los costes generales, ya que es necesario comprar e instalar baterías de repuesto con menos frecuencia.

Otra ventaja es el rendimiento mejorado. Los supercondensadores pueden absorber los cambios de carga más rápidamente, lo que da como resultado una mejor capacidad de respuesta de todo el sistema. Esto es particularmente importante en situaciones donde se requieren niveles de corriente altos y rápidos, por ejemplo al arrancar motores eléctricos o recuperar energía de frenado (recuperación).

🌍 La importancia económica y ecológica

Las tecnologías para mejorar el envejecimiento de las baterías y la eficiencia de los sistemas de almacenamiento híbridos también tienen importantes impactos económicos y ambientales. Ampliar la vida útil de las baterías reduce los costos, lo que lleva a una mayor aceptación y aplicación de estas tecnologías. Además, las baterías juegan un papel central en la transición energética hacia las energías renovables. Los sistemas de almacenamiento de energía más eficientes y duraderos ayudan a suavizar las fluctuaciones en el suministro de energía, lo cual es crucial para integrar la energía eólica y solar en la red eléctrica.

Desde una perspectiva medioambiental, una mayor duración de la batería también significa una reducción en la generación de residuos y el impacto medioambiental de la producción y eliminación de baterías. La extracción de recursos como el litio y el cobalto, necesarios para la producción de baterías de iones de litio, provoca un importante impacto medioambiental. Por lo tanto, una mayor duración de la batería también podría conducir a un menor consumo de recursos y una mayor sostenibilidad.

🚀 Desarrollos y desafíos futuros

Sin embargo, el continuo desarrollo y optimización de los sistemas de almacenamiento híbridos también plantea desafíos. Uno de ellos es la complejidad de la integración y el control del sistema. Se requiere una amplia investigación y desarrollo para hacer que los algoritmos de control y el flujo de energía sean eficientes en dichos sistemas híbridos. Además, los costes de producción e integración de supercondensadores deben reducirse aún más para que estas tecnologías sean aún más atractivas económicamente.

Otro campo de investigación es mejorar la ciencia de los materiales para aumentar aún más el rendimiento tanto de las baterías como de los supercondensadores. Esto incluye el desarrollo de nuevos materiales para electrolitos y electrodos que ofrezcan mayor densidad de energía y mejores propiedades de carga y descarga.

🔚 Avances en la tecnología de almacenamiento de energía

Los sistemas de almacenamiento híbridos que combinan baterías de iones de litio y supercondensadores representan un avance significativo en la tecnología de almacenamiento de energía. Al utilizar hábilmente las respectivas fortalezas y minimizar las debilidades de ambas tecnologías, se logra una vida útil de la memoria más larga y se aumenta la eficiencia general del sistema. Con el proyecto “SukoBa” y el desarrollo del software BaSiS, el Fraunhofer IEE ha realizado una importante contribución que ofrece ventajas técnicas, económicas y ecológicas. El futuro de los sistemas de almacenamiento híbridos es prometedor y desempeñará un papel crucial en el suministro y uso sostenible de la energía.

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