Aparte de las baterias de estado sólido, las baterías de vanadio son la vía tecnológica ideal para el almacenamiento de energía de alta potencia, gran capacidad y larga duración, y se espera que sean una forma importante de almacenar energía a media y gran escala en el futuro.
El almacenamiento de energía a largo plazo está todavía en las primeras fases de desarrollo y demostración, y el almacenamiento por bombeo se está construyendo a mayor escala entre una variedad de soluciones. En este artículo se presentan las posibles aplicaciones futuras de las baterías de vanadio en función de su madurez técnica, su alta eficiencia y sus ventajas de bajo coste.
A largo plazo, el almacenamiento electroquímico de energía se encuentra en una posición competitiva relativamente favorable debido al empuje del sector de las baterias de energía, que no está sujeto a limitaciones geográficas. En términos de almacenamiento electroquímico de energía, las baterias de iones de litio, las baterias de sodio-azufre, las baterias de iones de sodio y las baterias de flujo líquido tienen actualmente un mayor potencial de aplicación; y las baterías de vanadio tienen un enorme potencial de desarrollo en el campo de los sistemas de almacenamiento de energía a largo plazo debido a su larga vida útil y su fácil expansión.
Análisis de las ventajas e inconvenientes de las baterías de vanadio
La pila de vanadio, una pila líquida redox renovable que utiliza el ion metálico vanadio como material activo. Los electrodos positivo y negativo de la pila de vanadio se almacenan en depósitos de electrolito separados. Durante la carga y descarga de la batería, los electrolitos positivo y negativo sufren reacciones redox a ambos lados de la membrana de intercambio iónico. Al mismo tiempo, el electrolito del depósito se introduce continuamente en las cámaras positiva y negativa mediante la acción de la bomba externa del reactor para mantener la concentración de iones para la carga y descarga de la batería.
Ventajas
Aumentando el número y la superficie de los electrodos se puede aumentar eficazmente la potencia y aumentando el volumen del electrolito se puede aumentar la capacidad de las baterías de vanadio, por lo que las pilas de vanadio pueden alcanzar una potencia y una capacidad de funcionamiento muy elevadas.
A diferencia de las baterias de litio, que utilizan un electrolito no acuoso, las baterías de vanadio utilizan una solución acuosa de iones de vanadio como electrolito, lo que reduce en gran medida la posibilidad de sobrecalentamiento, combustión y explosión y proporciona una mayor seguridad. Además, como los materiales activos positivos y negativos sólo están presentes en los electrolitos positivo y negativo respectivamente, a diferencia de otras baterías, no se produce ningún cambio en la estructura de los electrodos durante la carga y la descarga (lo que provoca la degradación de la capacidad), lo que se traduce en una larga vida útil de la batería.
Desventajas
Las baterías de vanadio son de gran masa y tamaño, por lo que su energía específica y su potencia específica son muy inferiores a las de otros sistemas de baterías, lo que las hace inadecuadas para escenarios como los vehículos eléctricos. La mayor desventaja de las baterías de vanadio en comparación con las de litio es el coste, principalmente del electrolito y la pila, y existe un consenso en la industria para reducir el coste de ambos.
Además, las baterías de vanadio tienen unos requisitos de temperatura ambiente muy exigentes, ya que el vanadio pentavalente del electrolito del cátodo tiende a precipitarse y bloquear la vía de flujo a altas temperaturas (por encima de 45°C) y a solidificarse a bajas temperaturas (por debajo del punto de congelación del electrolito), por lo que se requiere que la temperatura general de funcionamiento esté entre 0 y 45°C, lo que limita la aplicación de las baterías de vanadio.
Análisis de los costes de inversión de las baterías de vanadio
Análisis del coste de la inversión inicial
El coste de inversión inicial de un sistema de almacenamiento de energía con baterías de vanadio disminuye a medida que aumenta la duración del almacenamiento. Si tomamos como ejemplo un sistema de almacenamiento de baterías de vanadio de un megavatio, con un precio del V₂O₅ de 100.000 RMB/tonelada, el electrolito utilizado en la batería de vanadio cuesta aproximadamente 1500 RMB/kWh y el precio de mercado del sistema de almacenamiento de baterías, aparte del electrolito, es de 6000 RMB/kW.
El coste de la inversión inicial de un sistema de almacenamiento de energía es de 7.500 RMB/kWh cuando la duración del almacenamiento es de 1 hora, pero cuando la duración se amplía a 4 horas, el precio excluyendo la parte del electrolito se reduce a 1.500 RMB/kWh, momento en el que el precio total del sistema de almacenamiento con batería de vanadio es de 3.000 RMB/kWh. El kWh es más barato.
Análisis del coste del ciclo de vida completo
Las baterías de vanadio tienen un coste menor durante toda su vida útil. Las baterías de vanadio tienen un alto valor residual, ya que el electrolito puede reciclarse. El valor residual de la chatarra se valora en 300 RMB/kW, lo que equivale a 75 RMB/kWh, y el valor residual del electrolito es aproximadamente el 70% del original, es decir, 1050 RMB/kWh, lo que da un valor residual total de 1125 RMB/kWh y un coste real de 1875 RMB/kWh.
Para un sistema con un tiempo de almacenamiento de 10 horas, el valor residual de la chatarra es de 30 RMB/kWh, lo que da un valor residual total de 1080 RMB/kWh y un coste real de 1020 RMB/kWh.
Por lo tanto, para los sistemas de almacenamiento de baterías de vanadio, cuanto mayor sea el tiempo de almacenamiento, menor será el coste del ciclo de vida completo. Las baterías de vanadio son uno de los desarrollos más prometedores para el almacenamiento de energía a gran escala y a largo plazo. Los tres principales tipos de almacenamiento de energía adecuados para el almacenamiento a largo plazo y a gran escala son el almacenamiento por bombeo, el almacenamiento por aire comprimido y las baterías de vanadio.
Al ser la tecnología de almacenamiento de energía más madura y fiable, la acumulación por bombeo es la forma clave de almacenamiento de energía en la que China está invirtiendo y construyendo. Las principales limitaciones de la acumulación por bombeo son los elevados requisitos de emplazamiento y el largo periodo de construcción. El almacenamiento de energía en aire comprimido también es una tecnología madura, pero la eficiencia de conversión de energía del sistema es baja y el emplazamiento del proyecto es limitado.
En comparación con estas dos tecnologías de almacenamiento de energía, el techo de almacenamiento de energía de las baterías de vanadio es inferior al del almacenamiento por bombeo, pero tiene las ventajas de la alta seguridad del sistema, el corto ciclo de construcción del proyecto, la selección flexible del sitio, y con el progreso tecnológico, las ventajas económicas de las baterías de vanadio se fortalecerán gradualmente, se espera que el futuro se convierta en una de las rutas técnicas importantes para el almacenamiento de energía a gran escala a largo plazo.
