En un mercado dominado por las baterías de litio, una tecnología que ha estado siempre presente empieza a ganar protagonismo. Las baterías de níquel-hidrógeno, utilizadas durante décadas en misiones espaciales por su fiabilidad extrema, están ganando terreno gracias a recientes avances que abaratan su producción. Su larga vida útil, bajo coste de mantenimiento y mayor seguridad las posicionan como una alternativa sólida para los grandes sistemas de almacenamiento del futuro.
Las baterías de tipo Li-Ion (LIB) dominan el mercado del almacenamiento de energía, utilizándose en variedad de ámbitos: dispositivos electrónicos, vehículos o suministro eléctrico. En comparación a sus competidores, son las que tienen más densidad de energía y están hechas con materiales de precios más competitivos. En esta emergente carrera por integrar el almacenamiento de energía con las energías renovables o los centros de datos, existen otros tipos de batería que podrían posicionarse y llegar a dominar el mercado. En especial cabe destacar las baterías de tipo níquel-hidrógeno (NiH2 o Ni-H), que se llevan utilizando durante muchos años, presentando una fiabilidad demostrada y con una reciente disminución de costes que hace que sean económicamente competitivas.
Los orígenes de las baterías Ni-H
Las baterías de tipo Ni-H llevan utilizándose desde los años 70. La NASA las ha desarrollado para proyectos tan relevantes como el Telescopio Espacial Hubble, la Estación Espacial Internacional, las misiones Rover a Marte y una gran variedad de satélites. En la época en la que se empezaron a necesitar las baterías para este tipo de misiones, la tecnología de la batería de litio tenía un desarrollo muy temprano, con una escasa vida útil de unos 200 ciclos, por lo que la NASA optó por una tecnología alternativa que se adaptara más a sus necesidades.
Las baterías de Ni-H, desde sus orígenes, aportaron una vida útil de 30 000 ciclos, posicionándose como la opción óptima para estas misiones de larga duración. El Telescopio Espacial Hubble, lanzado en 1990 y todavía en funcionamiento, lleva utilizándolas durante toda su vida. Gracias a la energía que almacenan de las placas solares del satélite pueden alimentar su electrónica durante los períodos de su órbita en que pasa por la sombra de la Tierra. Además de su larga vida útil, las otras características que las hacen la mejor opción para las misiones espaciales son su eficiencia en temperaturas extremas, tanto frío como calor, su estabilidad y su bajo coste de mantenimiento.
Hasta ahora, estas baterías han utilizado un catalizador hecho de materiales muy costosos, como el platino o el paladio, viables para proyectos de gran presupuesto como los de la NASA, pero poco competitivos a nivel de mercado. En los últimos años se ha descubierto un sustituto a base de níquel y cobalto que ha reducido cuantiosamente su precio de fabricación, situándolas como el competidor actual y posible sustituto a medio o largo plazo de las LIB.
Materiales, coste e impacto ecológico
Su densidad de energía es de 140 Wh/kg frente a los 260 Wh/kg que presentan las de tipo Li-Ion, esto hace que se necesite una cantidad mayor de estas baterías para conseguir almacenar la misma cantidad de energía. Es por este hecho por el que, después de 18 años utilizando baterías de tipo Ni-H, en la Estación Espacial Internacional están siendo reemplazadas por baterías Li-Ion. Su uso no es el más adecuado para proyectos con dispositivos de tamaño reducido o para vehículos. En cambio, son la tecnología adecuada para proyectos estáticos de conexión a la red como sistemas de almacenamiento stand-alone, sistemas híbridos, centros de datos o incluso para el autoconsumo.
Las baterías de Ni-H actualmente son más caras de producir que las LIB. Los precios del níquel llegaron a un máximo histórico en 2022, desde entonces su precio mantiene una tendencia a la baja que pronostica que el coste de producción irá disminuyendo. El hidrógeno se puede obtener mediante diferentes procesos que son más caros mientras más respetuosos son con las condiciones de sostenibilidad, siendo los procesos que no emiten carbono (electrólisis mediante energías renovables) el doble de caros que los más contaminantes (Steam Methane Reforming). El punto medio se encuentra en su obtención mediante el uso de combustibles fósiles utilizando captura de carbono. Los procesos de electrólisis por medios no contaminantes también están en proceso de abaratarse en el futuro, lo que hará que el proceso de obtención de hidrógeno sea más económico y totalmente ecológico a largo plazo. El inicio de su fabricación a gran escala también está contribuyendo a reducir aún más sus costes de producción.
Las baterías de Ni-H utilizan materiales más ecológicos y muy abundantes en la Tierra, por lo que son reciclables casi al 100%. El níquel se puede encontrar en todos los continentes de la Tierra, asegurando un suministro seguro y económico.
Sin climatización ni mantenimiento y en condiciones más seguras
Otro aspecto crítico de las baterías Li-Ion son las condiciones de seguridad y estabilidad. Las LIB están formadas por un ánodo, un cátodo y un electrolito líquido muy inflamable. Con el paso del tiempo y la cantidad de ciclos, las partículas de litio van creando unas fibras en el ánodo, llamadas dendritas, que deterioran la eficiencia de la batería, causan inestabilidad y pueden llegar a provocar sobrecalentamiento, cortocircuitos e incendios. Este fenómeno se agrava en condiciones de temperatura extremas.
Las baterías Ni-H, por su parte, se presentan en forma de bombonas, que contienen níquel e hidrógeno. A través de reacciones químicas se genera el hidrógeno, que está a una alta presión dentro del recipiente. Se pueden escalar fácilmente conectado unas a otras. Estas baterías son mucho más seguras, ya que, si se excede la presión máxima prevista, el mecanismo hace que el hidrógeno se convierta en agua por oxidación y solo se produzca una liberación en forma de gas al exterior, sin causar sobrecalentamiento, explosiones ni incendios. No sufren de formación de dendritas, por lo que no son necesarias unas tareas periódicas de control y mantenimiento. Esto se suma a que pueden operar de manera eficiente tanto a temperatura ambiente como en temperaturas extremas de frío y calor (como en el espacio u otros planetas). No es necesario disponer de un sistema de climatización en los almacenes de baterías y estos pueden ser instalados en cualquier lugar del planeta, aún con un clima adverso.
Vida útil de más de 30 años para un ahorro a largo plazo
Las baterías de tipo Ni-H tienen una vida útil de 30 000 ciclos (equivalente a unos 30años con 3ciclos al día), después de los cuales siguen manteniendo un 86% de su capacidad original, pudiendo alargar su vida más de 30años en buenas condiciones. En comparación, las LIB, solo cuentan con unos 8 000 ciclos de vida útil, tras lo cual su eficiencia se vuelve menor al 60%.
La larga esperanza de vida de las baterías Ni-H, unida a unos costes prácticamente nulos de mantenimiento y climatización, unas mejores condiciones de seguridad, una buena escalabilidad, unos procesos de fabricación que se irán abaratando progresivamente, y una fiabilidad demostrada tras décadas de participación en proyectos de la NASA, sitúan estas baterías como la competencia directa para las baterías de tipo Li-Ion, pudiendo llegar a liderar el mercado del almacenamiento de energía en grandes proyectos con conexión a la red eléctrica.
AleaSoft Energy Forecasting a la vanguardia del mercado del almacenamiento de energía
El futuro del sector de la energía pasa por la electrificación y la descarbonización, proceso en el cual son absolutamente necesarios los sistemas de almacenamiento de energía. AleaSoft Energy Forecasting estudia el mercado, contemplando todas las opciones de almacenamiento, tanto las actualmente implantadas como las que están en desarrollo. Su posición como experto en el mercado y, gracias a contar con un equipo formado por doctores e ingenieros expertos en el sector de la energía y la investigación, puede anticiparse a la evolución del mercado y a sus nuevos integrantes. Además de las baterías de tipo Ni-H, otros modelos están actualmente en desarrollo y pueden llegar a compartir el mercado.
Las baterías de estado sólido (SSB) tienen una estructura similar a las LIB, sustituyendo el electrolito líquido por un material sólido. Esto aumenta su densidad energética, su vida útil, disminuye su tamaño y las hace más seguras. Por otro lado, son más caras de producir y tienen problemas de estabilidad mecánica que todavía están en vías de optimizarse. Se encuentran aún en fase de desarrollo y no se prevé su entrada en el mercado hasta 2027 o 2028, momento en el que se empezarían a implantar principalmente en el sector de los vehículos eléctricos, donde están recibiendo una mayor inversión.
Las baterías redox (Redox Flow Batteries) son el otro gran competidor al que pueden enfrentarse las LIB. Con el vanadio (VRFB) y el zinc-bromo (ZBB) como las mejores opciones para este tipo de sistemas de almacenamiento de energía, presentan vidas útiles de más de 20 000 ciclos y son más seguras que las LIB. Su baja densidad de energía y su mayor coste de producción hacen que aún se encuentren en un estado muy temprano para poder competir en el mercado.
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Fuente: AleaSoft Energy Forecasting.