La investigación en los Estados Unidos sugiere que las baterías de iones de litio, que dominan el mercado, podrían obstaculizar otras tecnologías de almacenamiento de energía

"El bloqueo tecnológico será riesgoso", dijo William Bonvillian, uno de los autores del estudio y ex director de la oficina del MIT en Washington, en un evento reciente organizado por la fundación de tecnología e innovación de la información.

Bonvillian dijo que el predominio de las baterías de iones de litio en el mercado podría obstaculizar la entrada de tecnologías de almacenamiento de energía que se descargan por períodos más prolongados. "Algunas de las investigaciones tecnológicas que podrían mejorar el almacenamiento de energía podrían encallar", dijo.

El bloqueo técnico ocurre cuando este diseño de almacenamiento dominante presenta alternativas que realizan la misma función. Esto puede ser beneficioso porque acelera el proceso de innovación y reduce el costo de la tecnología de almacenamiento de energía dominante, expandiendo así la adopción. Esto es lo que ha sucedido con el desarrollo de las baterías de iones de litio.

Según un informe reciente de GTMResearch, las baterías de iones de litio representaron el 98,8% del mercado de almacenamiento de energía de EE. UU. En el cuarto trimestre de 2017, lo que convierte a la tecnología en líder del mercado por decimotercer trimestre consecutivo. En otro informe reciente, GTM predijo que el precio de los sistemas de almacenamiento caería un 8% anual para 2022.

Riesgo de bloqueo técnico

El bloqueo técnico, por otro lado, conlleva algunos riesgos. Un riesgo es que los mercados se concentren demasiado. Un riesgo más preocupante, dice el informe, es que las innovaciones tecnológicas que podrían mejorar los diseños de almacenamiento de energía se estancarán y nunca madurarán por completo.

Las baterías de iones de litio son adecuadas para vehículos eléctricos y productos electrónicos, pero no son necesariamente ideales para redes eléctricas, dijeron los autores del informe. Esto puede evitar la introducción de tecnologías alternativas de almacenamiento de energía que pueden tener tiempos de descarga más largos, un ciclo de vida más largo y una mayor optimización.

DavidHart es miembro senior de la fundación para la tecnología de la información y la innovación y uno de los autores del estudio. Ya hay dos señales, señala. "Las ventajas de las baterías de iones de litio han dificultado la implementación de tecnologías alternativas de almacenamiento de energía, y las empresas de escala mundial están expandiendo la producción de baterías de iones de litio". Hart dijo. Los cinco principales productores mundiales de baterías de iones de litio planean triplicar la producción para 2020, según el informe.

Las células solares tienen un modelo de desarrollo similar. Los fabricantes de productos de energía solar han aumentado la producción de paneles fotovoltaicos, presionando a los fabricantes de tecnologías solares alternativas e incluso obligándolos a salir del mercado.

En abril de 2017, dos fabricantes de productos solares de EE. UU., Suniva y SolarWorld, se quejaron ante la comisión de comercio internacional (ITC) de EE. UU. Sobre tales prácticas comerciales. En enero, la comisión anunció un arancel del 30 por ciento sobre los paneles fotovoltaicos extranjeros.

"Han ocurrido algunos problemas", dijo Hart. "Nuestros competidores no están jugando con las mismas reglas". Se refiere a la mejora en la capacidad de fabricación de baterías de iones de litio en algunos países. "Estados Unidos no está haciendo un buen trabajo en eso, y eso coloca a las empresas en una desventaja competitiva", dijo.

Los riesgos de las baterías de iones de litio

Además, se ha invertido mucho dinero en proyectos de expansión para producir baterías de iones de litio, lo que aumenta la presión sobre los competidores para competir solo en precio. La curva de costo de iones de litio es la suma de varias otras aplicaciones, pero se utiliza principalmente en vehículos eléctricos y productos electrónicos, por lo que no refleja con precisión el costo de las baterías de iones de litio para aplicaciones prácticas.

El costo de las baterías de iones de litio a escala de servicios públicos tiene algunas características únicas que no se reflejan completamente en muchas proyecciones de curvas de costos de iones de litio, dijo DavidBradwell, cofundador y vicepresidente senior de comercialización y director de tecnología de Ambri, un líquido- fabricante de baterías de flujo.

Bradwell señala que las baterías de iones de litio también son vulnerables a los riesgos de las materias primas porque utilizan cobalto, cuyo precio se ha duplicado recientemente. El níquel también podría usarse como una alternativa, pero la compensación sería reducir el ciclo de vida de las baterías de iones de litio. "Eso está bien para aplicaciones de vehículos eléctricos, pero no se aplica a aplicaciones de red" ", dijo Bradwell.

Otras tecnologías de almacenamiento de energía

En el artículo de investigación del MIT se mencionan muchos tipos de tecnologías de almacenamiento de energía, como el almacenamiento de energía de aire comprimido y el almacenamiento de energía cinética, pero la tecnología considerada como un competidor importante de las baterías de iones de litio es la tecnología de baterías de flujo líquido.

Las baterías de flujo de fluido almacenan y generan corriente mediante el intercambio de electrolitos. A diferencia de las baterías de iones de litio, las baterías de flujo líquido pueden cargarse y descargarse casi indefinidamente. Al ajustar el tamaño de los contenedores que contienen los electrolitos, las baterías de flujo de fluido pueden expandirse y contraerse más fácilmente que las baterías de iones de litio para cumplir con los requisitos de descarga.

Sin embargo, a diferencia de las baterías de iones de litio, varias baterías de flujo líquido todavía se encuentran en una feroz competencia tecnológica. La eficiencia de retorno de la celda de flujo es mucho menor que la de la celda de iones de litio debido a la carga parásita de la bomba necesaria para mover el electrolito entre las celdas. Sin embargo, la principal ventaja de las baterías de flujo de líquido es que proporcionan una mayor duración de descarga al amplificar la reserva de almacenamiento de electrolitos. Aún así, las baterías de flujo líquido han luchado por obtener una amplia aceptación en el mercado.

"Definitivamente es una batalla cuesta arriba". PaulFerrera, gerente de desarrollo comercial de PrimusPower, un fabricante de baterías de flujo líquido. Señala que las baterías de iones de litio, que pueden descargarse hasta cuatro horas, se están adaptando a las aplicaciones a escala de red. Las baterías de flujo líquido son una opción más viable para muchas aplicaciones, dice, como el cambio de subestaciones o el cambio de energía desde el pico de la generación solar hasta el amanecer.

"La mayor ventaja de las baterías de flujo líquido es el bajo costo de las materias primas". Ferrera dijo. PrimusPower ha reducido el costo de la materia prima de su batería de flujo de zinc-bromo de $ 50 a $ 60 por KWH, en comparación con alrededor de $ 125 a $ 150 por KWH para las baterías de iones de litio.

Debido a que la tecnología de batería de flujo líquido de Primus no requiere una membrana de intercambio iónico y puede usar un circuito de flujo único para el intercambio de electrolitos, Ferrera afirma que las baterías de flujo líquido únicas son comparables en costo a las baterías de iones de litio. "Nuestras baterías de flujo líquido pueden competir con las baterías de iones de litio en precio". Él dijo.

Ventaja del proceso

Ferrera dijo que cree que a medida que la fabricación se vuelva más eficiente en el futuro, la tecnología de baterías de flujo líquido superará rápidamente a las baterías de iones de litio en función de los costos. Las baterías de flujo, dice, no reducen las tasas de utilización y reducen la necesidad de reemplazar las baterías o el costo de los proyectos de construcción, reduciendo así el costo de por vida de los proyectos de almacenamiento de energía.

Ferrera dijo que la batería de flujo de fluido es particularmente adecuada para proyectos diseñados para ayudar a resolver el problema de la "curva de pato", ya que puede almacenar grandes cantidades de energía durante el día y liberarla a su límite durante las horas pico de la noche. "Nuestra batería de flujo es perfecta para curvas de pato", dijo. "Puede hacer una descarga del 100 por ciento y ciclos infinitos".

Pero Ferrera reconoce que las baterías de iones de litio tienen algunas ventajas en términos de posición de mercado, que la tecnología tiene 30 o 40 años y que muchas empresas se apoyan en grandes balances y pueden soportar márgenes negativos. "Nuestra empresa tiene sólo nueve años, pero creemos que el mercado de almacenamiento es lo suficientemente grande". Ferrera dijo.

Dijo que las baterías de iones de litio seguirán ganando en los mercados móviles y a corto plazo, y seguirán siendo de interés para los clientes con espacio y densidad de potencia limitados. Pero un número creciente de empresas de servicios públicos está comenzando a comprender las ventajas de las baterías de flujo líquido para el almacenamiento a largo plazo.

Ferrera dijo que PrimusPower estaba en transición de proyectos de demostración a producción comercial. "Lanzamos algunos proyectos comerciales, de cinco a ocho en el trimestre", dijo.

Primus, una empresa que también recibe fondos del gobierno, y los autores del documento del MIT quisieran ver más esfuerzos para fomentar el desarrollo de la diversidad en las tecnologías de almacenamiento de energía. El documento hace varias recomendaciones para los formuladores de políticas, como ampliar la financiación de la investigación y el desarrollo, proporcionar créditos fiscales para el almacenamiento de energía centrado en tecnologías emergentes y trabajar con aliados internacionales para combatir las prácticas comerciales desleales.

La agencia de proyectos de investigación avanzada (arp) del departamento de energía de los EE. UU. Anunció un programa de almacenamiento de energía a largo plazo de 30 millones de dólares destinado a proporcionar instalaciones de almacenamiento de 10 a 100 horas.

La creación de un nicho de mercado crea una plataforma para el crecimiento, dijo Hart. Por ejemplo, cita la creación de un nicho solar.

Hace unos años, la energía eólica era la tecnología de energía renovable dominante. De manera similar a como muchos estados han implementado proyectos solares para fomentar el desarrollo de la energía solar, los estados pueden crear un campo para tecnologías maduras de almacenamiento de energía en lugar de tecnologías maduras. "Creo en el papel de la demanda, pero a veces tienen que equilibrarse", dijo Hart.

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