GE refuerza la red con baterías Niquel – Sodio

Uno de los argumentos que se utilizan en decremento de la aplicación de soluciones energéticas, basadas en tecnologías renovables, son las limitaciones tecnicas que existen para poder almacenar la energia que se produce y que no se vuelca a la red. Esta afirmación es verdadera sólo en parte y, por eso, durante este tiempo he querido demostrar que las aplicaciones de almacenamiento energético integradas en la Red de transporte y distribución tienen (y son) el futuro de las redes con alta penetración de renovables.

Una investigación desarrollada por la división de transporte de GE en asociación con la compañía Arista Power, podrían haber encontrado la tecnología apropiada en el desarrollo de baterías híbridas de Níquel – Sodio que han denominado Durathon.

Actualmente no hay un sistema de almacenamiento energético especialmente pensado para estar integrado en la red y menos aún un sistema económicamente eficiente que permita dar este uso. Por ello, en sistemas aislados de la red de distribución se siguen usando las baterías de plomo ácido que resultan, desde todos los aspectos, ineficientes, molestas y peligrosas.

¿Qué debería tener una batería integrada en red?

Cabe preguntarse cuáles son las cualidades que debería reunir una batería para que se integre en la red de forma eficiente y sin suponer un sobrecoste significativo de la energía.

• Alta densidad energética: Podemos definir la densidad energética como la cantidad de energía que es capaz de almacenar la energía por unidad másica. Es decir, una alta densidad energética nos permite almacenar grandes cantidades de energía en poco espacio y hace el uso de la batería más intensivo.
• Alta capacidad de almacenamiento: No vamos a alimentar un móvil con esta batería si no una red eléctrica con cientos de consumidores.
• Bajas temperaturas de operación: Uno de los principales problemas del almacenamiento es que tanto electrón en movimiento hace que la cosa adquiera una temperatura considerable y no tiene demasiado sentido disponer de un sistema de refrigerado que consuma energía para “enfriar” la energía almacenada.
• Vida útil elevada: Las inversiones en este tipo de sistemas suelen ser muy elevadas y conviene que puedan amortizarse durante un tiempo prolongado. Conseguir un sistema robusto y duradero debe ser una máxima.
• Alta eficiencia: Además de una alta capacidad de almacenamiento conviene que éste se haga con el mayor rendimiento posible. Es decir, por el hecho de almacenar energía estamos teniendo unas pérdidas eléctricas y térmicas de distinta índole pero éstas no han de ser significativas frente a la energía capaz de almacenar y devolver a red.
• Materiales sencillos: No sirve de nada obtener altos rendimientos de almacenamiento si el coste de extracción y refinado de los materiales usados es desorbitado.

Ficha técnica de las Baterías Durathon de GE

Parece que GE ha hecho los deberes y se ha apuntado un tanto en varios de los apartados anteriores.

• Densidad energética: Según documentos de GE la cifran en 115Wh/kg. La comparaciones son odiosas y a veces hay que tener mucho cuidado para no comparar peras con manzanas pero, para hacernos una idea, se obtiene una densidad por kg de unas 4 veces las obtenidas en baterías de plomo ácidas y similar a las densidades obtenidas en las baterías de litio-ion aunque estas baterías no pueden alcanzar ni de lejos la capacidad de almacenamiento de las Durathon.
• Operación a distintas temperaturas: Creo que este ha sido uno de los puntos fuertes de estas baterías y que hacen que la tecnología Niquel – Sodio sea muy ventajosa. Generalmente las reacciones producidas en una batería de estas características no implica una gran producción de calor por lo que pueden funcionar sin refrigeración y en un amplio margen de temperaturas.
• Materiales simples: Los elementos reactivos de las baterías son realmente comunes y fáciles de obtener. El sodio es obtenido de la sal, el cloro es aprovechado en el cátodode cloruro de Niquel y el Niquel es un componente de fácil obtención.

GE sigue fiel a Edison

Sé que no estoy en disposición de criticar una compañía tan desarrollada y que genera un volumen de negocio en el campo de la ingeniería eléctrica descomunal pero parece que los ingenieros de GE siguen fieles a sus orígenes en Menlo Park de la mano de Thomas Alva Edison allá por 1890 y han tomado prestada una idea que ya se desarrolló hace casi 30 años y han introducido algunas mejoras que les han llevado hasta el diseño de su batería Durathon. Echo en falta alguna mención a su antecesora, la batería ZEBRA.

ZEBRA es una pila secundaria que opera a 250 °C y utiliza sodio-alumino-cloro (NaAlCl4) o sodio-níquel-cloro (NaNiCl) triturado, que tiene un punto de fusión de 157 °C, como electrolito. El electrodo negativo es sodio triturado mientras que el electrodo positivo es níquel, cuando está la batería descargada, y cloruro de níquel cuando está cargada. Ya que el níquel y el cloruro de níquel son prácticamente insolubles en soluciones neutras y básicas, es posible el contacto íntimo entre electrolito y electrodos, lo cual conlleva una muy pequeña resistencia a la transferencia de cargas. Se necesita un separador de beta-alúmina en forma cerámica, dado que tanto el sodio como el cloroaluminato son líquidos a la temperatura de trabajo. Esta batería es una invención de 1985 realizada por el grupo Zeolite Battery Research Africa Project (ZEBRA), liderado por Johan Coetzer en el Consejo de Investigación Científica e Industrial de Pretoria -Sudáfrica-, del cual proviene el nombre de esta batería. Ha estado, en 2009, en desarrollo durante más de 20 años. Su nombre técnico es “Batería de Na-NiCl2″.

Entre sus inconvenientes, además de la temperatura de trabajo, están las pérdidas térmicas cuando no se usa la batería. Cuando no se usan, las baterías ZEBRA estarán preferiblemente bajo carga pues así el electrolito permanecerá fundido para su uso cuando se necesite. Si se apaga y se permite que se solidifique, estas baterías se deben recalentar durante un período de incluso dos días para que se alcance la temperatura y se dé una plena carga.

Como vemos hay bastantes similitudes con esta batería desarrollada en África pero en estas ocasiones conviene otorgar al César lo que es del César y reconocer que el trabajo de los chicos de GE es bueno y que, de seguro, lograrán dar una salida comercial sobresaliente a esta tecnología.

¿Cómo funciona una batería de Niquel – Sodio?

Las baterías de Niquel – Sodio son baterías líquidas consistentes en un cátodo de Cloruro de Niquel (NiCl), un ánodo de Sodio (Na) líquido separados por células de alúmina.

Durante la carga de la batería el Cloro (Cl) es extraído de la sal (NaCl) para combinarse con el Niquel (Ni) para formar NiCl2. Los iones de Sodio (Na) se mueven a través de los separadores de alúmina hacía la zona anódica de la batería creando dos zonas de cargas opuestas y el consecuente almacenamiento de energía.

El proceso de descarga de la batería es el opuesto. Debido a que los iones de Sodio pueden moverse fácilmente a través de los separadores de alúmina mientras que los electrones no, no se producen descargas espontaneas.

Es alentador que comiencen a aparecer los primeros sistemas de almacenamiento energético destinados a ser integrados en la red como solución que aporte flexibilidad a la operación de la misma. Todavía no queda claro qué tecnología será la que se imponga pero si tengo claro que las baterías integradas en la red será algo tan común como un seccionador dentro de unos años.

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