El Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR), está desarrollando el proyecto DIONBATENER, para mejorar el coste de las baterías de ion-litio y desarrollar así los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala para la generación de energía renovable. Las baterías de doble ion, basadas en electrolito de sodio, son también más sostenibles.
La reducción del coste de almacenamiento de energías renovables es sin duda la gran carrera del sector energético. Por el momento, las baterías de ion litio están siendo las más utilizadas en los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala (ESS), aunque por ahora los costes no las hacen todo lo rentable que deberían.
Desde el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR), que depende del CSIC, se está desarrollando el proyecto DIONBATENER, que busca desarrollar baterías eléctricas alternativas a las basadas en litio, reduciendo los costes asociados al almacenamiento de energías renovables para contribuir a la transición energética.
Según comenta Ignacio Cameán Martínez, investigador responsable del proyecto, las baterías de ion-litio (BIL) son las más adecuadas para este uso debido a las prestaciones en cuanto a energía, potencia, vida útil y seguridad. De hecho, ya existen en el mundo unas 500 instalaciones de generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables que utilizan BIL como ESS, y que suponen un total de 1,7 GW. Sin embargo esto es sólo el 1% del almacenamiento, ya que tienen una clara desventaja en cuanto al coste.
Este tipo de baterías tienen un rango de coste que oscila entre los 480-2.000 €/kWh, cuando el valor rentable estaría por debajo de los 200 €/kWh. La clave estaría en desarrollar un tipo de baterías que aunque tengan menores prestaciones, supongan un menor coste.
Cameán explica que las conocidas como baterías de doble ion, o baterías duales, han suscitado un gran interés a nivel científico, ya que permiten el uso de materiales de carbono en ambos electrodos, siendo el electrolito una sal de litio o de sodio disuelta en disolventes orgánicos. El fundamento de estas baterías se basa en la intercalación durante la carga del anión y el catión del electrolito en el ánodo y el cátodo, respectivamente; mientras que durante la descarga ocurre el proceso inverso, de tal manera que los iones vuelven al electrolito. En ambos casos, la compensación de la carga ocurre mediante el flujo de electrones a través del sistema al cual esté conectada la batería. Por lo tanto, la energía y capacidad de este tipo de baterías viene dada por los iones de la sal del electrolito.
Utilización de sodio en el proyecto DIONBATENER
El proyecto DIONBATENER utiliza sales de sodio en el electrolito, es decir, baterías de doble ion Na+/anión. Esto no sólo repercute en el precio, ya que hay más abundancia de sodio en la naturaleza, sino que son medioambientalmente más sostenibles.
Para que nos hagamos una idea, el precio del litio es de 6.350€/tonelada y el del sodio de 120€/tonelada. Además, el sodio permite el uso del aluminio como colector de corriente en el ánodo en lugar del cobre habitualmente usado en BIL, ya que, a diferencia de lo que ocurre con el litio, el sodio no forma aleación con el aluminio, siendo este último un metal mucho más barato que el cobre.
Consecución de objetivos
Para conseguir los objetivos marcados se está tratando de optimizar los tres componentes básicos de una batería, el ánodo, el cátodo y el electrolito. Tanto ánodo como cátodo son materiales de carbono, y el electrolito está formado por una sal de sodio disuelta en una mezcla de disolventes orgánicos. Es interesante saber que en los electrodos, además del material de carbono, necesitan un aditivo conductor (habitualmente se emplea otro material de carbono conocido como carbon black), que aumenta la conductividad eléctrica del mismo, y un aglomerante, que mejora la resistencia mecánica y la adherencia del electrodo al colector. En este proyecto se están utilizando biopolímeros hidrosolubles como aglomerantes, los cuales permiten la utilización de agua en el proceso de preparación de los electrodos en lugar de los habituales disolventes orgánicos, con las consiguientes ventajas económicas y medioambientales que conlleva.
El objetivo final es elaborar un prototipo pouch cell de batería de doble ion Na+/anión con una energía y potencia superiores a 100 Wh/kg y 100 W/kg, respectivamente, una vida útil mínima de 500 ciclos y cuyo coste de la energía almacenada sea inferior a 200 €/kWh.
En definitiva, este proyecto persigue desarrollar baterías eléctricas alternativas a las basadas en litio, que reduzcan los costes asociados al almacenamiento de energías renovables y que tenga menor impacto ambiental en su preparación, uso y posterior reciclado. Que reduzcan, en último término, la huella energética y contribuyan a la transición energética.
