Avenços en la tecnologia de bateries per a sistemes d'emmagatzematge d'energia marina

Prefaci

A mesura que el món canvia cap a solucions energètiques més ecològiques, les bateries de liti han rebut una atenció creixent. Mentre que els vehicles elèctrics han estat en el punt de mira durant més d'una dècada, el potencial dels sistemes d'emmagatzematge d'energia elèctrica en entorns marins s'ha passat per alt. Tanmateix, hi ha hagut un augment de la investigació centrada en l'optimització de l'ús de bateries de liti d'emmagatzematge i els protocols de càrrega per a diferents aplicacions d'embarcacions. Les bateries de cicle profund de fosfat d'ions de liti, en aquest cas, són particularment atractives per les seves altes densitats energètiques, bona estabilitat química i vida útil prolongada sota els estrictes requisits dels sistemes de propulsió marina.

A mesura que la instal·lació de bateries d'emmagatzematge de liti guanya impuls, també ho fa la implementació de regulacions per garantir la seguretat. La norma ISO/TS 23625 és una d'aquestes regulacions que se centra en la selecció, la instal·lació i la seguretat de les bateries. És crucial tenir en compte que la seguretat és primordial quan es tracta de l'ús de bateries de liti, especialment pel que fa als riscos d'incendi.

Sistemes d'emmagatzematge d'energia marina

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia marina s'estan convertint en una solució cada cop més popular en la indústria marina a mesura que el món avança cap a un futur més sostenible i respectuós amb el medi ambient. Com el seu nom indica, aquests sistemes estan dissenyats per emmagatzemar energia en un entorn marí i es poden utilitzar per a una varietat de propòsits, des de propulsar vaixells i embarcacions fins a proporcionar energia de reserva en cas d'emergència.

El tipus més comú de sistema d'emmagatzematge d'energia marina és una bateria d'ions de liti, a causa de la seva alta densitat d'energia, fiabilitat i seguretat. Les bateries d'ions de liti també es poden adaptar per satisfer els requisits d'energia específics de diferents aplicacions marines.

Un dels principals avantatges dels sistemes d'emmagatzematge d'energia marina és la seva capacitat de substituir els generadors dièsel. Mitjançant la utilització de bateries d'ions de liti, aquests sistemes poden oferir una font d'energia fiable i sostenible per a una varietat d'aplicacions. Això inclou energia auxiliar, il·luminació i altres necessitats elèctriques a bord d'un vaixell o embarcació. A més d'aquestes aplicacions, els sistemes d'emmagatzematge d'energia marina també es poden utilitzar per alimentar sistemes de propulsió elèctrica, cosa que els converteix en una alternativa viable als motors dièsel convencionals. Són especialment adequats per a embarcacions més petites que operen en una àrea relativament limitada.

En general, els sistemes d'emmagatzematge d'energia marina són un component clau de la transició cap a un futur més sostenible i respectuós amb el medi ambient en la indústria marina.

Avantatges de les bateries de liti

Un dels avantatges més evidents d'utilitzar bateries de liti d'emmagatzematge en comparació amb els generadors dièsel és la manca d'emissions tòxiques i de gasos d'efecte hivernacle. Si les bateries es carreguen utilitzant fonts netes com ara panells solars o aerogeneradors, podrien constituir una energia 100% neta. També són menys costoses pel que fa al manteniment amb menys components. Produeixen molt menys soroll, cosa que les fa ideals per a situacions d'acoblament a prop de zones residencials o poblades.

Les bateries de liti d'emmagatzematge no són l'únic tipus de bateries que es poden utilitzar. De fet, els sistemes de bateries marines es poden dividir en bateries primàries (que no es poden recarregar) i bateries secundàries (que es poden recarregar contínuament). Aquestes últimes són més beneficioses econòmicament en una aplicació a llarg termini, fins i tot si es té en compte la degradació de la capacitat. Inicialment es van utilitzar bateries de plom-àcid, i les bateries de liti d'emmagatzematge es consideren bateries emergents. Tanmateix, la investigació ha demostrat que proporcionen densitats d'energia més elevades i una vida útil prolongada, la qual cosa significa que són més adequades per a aplicacions de llarg abast i demandes d'alta càrrega i alta velocitat.

Malgrat aquests avantatges, els investigadors no han mostrat cap signe de complaença. Al llarg dels anys, nombrosos dissenys i estudis s'han centrat en millorar el rendiment de les bateries de liti d'emmagatzematge per tal de millorar la seva aplicació marina. Això inclou noves mescles químiques per als elèctrodes i electròlits modificats per protegir contra incendis i fuga tèrmica.

Selecció de bateries de liti

Hi ha diverses característiques a tenir en compte a l'hora de seleccionar bateries de liti d'emmagatzematge per a un sistema de bateries de liti d'emmagatzematge marines. La capacitat és una especificació crítica a tenir en compte a l'hora de seleccionar una bateria per a l'emmagatzematge d'energia marina. Determina quanta energia pot emmagatzemar i, posteriorment, la quantitat de treball que es pot produir abans de recarregar-la. Aquest és un paràmetre de disseny fonamental en aplicacions de propulsió on la capacitat dicta el quilometratge o la distància que pot recórrer el vaixell. En un context marí, on l'espai sovint és limitat, és important trobar una bateria amb una alta densitat d'energia. Les bateries de major densitat d'energia són més compactes i lleugeres, cosa que és particularment important en vaixells on l'espai i el pes són molt importants.

Els voltatges i els corrents nominals també són especificacions importants a tenir en compte a l'hora de seleccionar bateries de liti per a sistemes d'emmagatzematge d'energia marina. Aquestes especificacions determinen la rapidesa amb què es pot carregar i descarregar la bateria, cosa que és important per a aplicacions on les demandes de potència poden variar ràpidament.

És important triar una bateria dissenyada específicament per a ús marí. Els entorns marins són durs, amb exposició a aigua salada, humitat i temperatures extremes. Les bateries de liti d'emmagatzematge dissenyades per a ús marí solen tenir resistència a la impermeabilitat i la corrosió, així com altres característiques com ara resistència a les vibracions i als cops per garantir un rendiment fiable en condicions difícils.

La seguretat contra incendis també és crucial. En aplicacions marines, hi ha una quantitat limitada d'espai per a l'emmagatzematge de bateries i qualsevol propagació d'incendi podria provocar emissions de fums tòxics i danys costosos. Es poden prendre mesures d'instal·lació per limitar la propagació. RoyPow, una empresa xinesa fabricant de bateries de ions de liti, és un exemple on es col·loquen microextintors integrats al marc del paquet de bateries. Aquests extintors s'activen mitjançant un senyal elèctric o cremant la línia tèrmica. Això activarà un generador d'aerosols que descompon químicament el refrigerant mitjançant una reacció redox i l'escampa per extingir el foc ràpidament abans que s'estengui. Aquest mètode és ideal per a intervencions ràpides, molt adequat per a aplicacions en espais reduïts com ara les bateries de liti d'emmagatzematge marines.

Seguretat i requisits

L'ús de bateries de liti d'emmagatzematge per a aplicacions marines està en augment, però la seguretat ha de ser una prioritat màxima per garantir un disseny i una instal·lació adequats. Les bateries de liti són vulnerables a la dispersió tèrmica i als riscos d'incendi si no es manipulen correctament, especialment en un entorn marí hostil amb exposició a l'aigua salada i alta humitat. Per abordar aquestes preocupacions, s'han establert normes i regulacions ISO. Una d'aquestes normes és la ISO/TS 23625, que proporciona directrius per seleccionar i instal·lar bateries de liti en aplicacions marines. Aquesta norma especifica els requisits de disseny, instal·lació, manteniment i supervisió de la bateria per garantir la durabilitat i el funcionament segur de la bateria. A més, la ISO 19848-1 proporciona orientació sobre les proves i el rendiment de les bateries, incloses les bateries de liti d'emmagatzematge, en aplicacions marines.

La norma ISO 26262 també juga un paper important en la seguretat funcional dels sistemes elèctrics i electrònics dins dels vaixells marins, així com d'altres vehicles. Aquesta norma estableix que el sistema de gestió de bateries (BMS) ha d'estar dissenyat per proporcionar avisos visuals o audibles a l'operador quan la bateria té poca energia, entre altres requisits de seguretat. Tot i que l'adhesió a les normes ISO és voluntària, el compliment d'aquestes directrius promou la seguretat, l'eficiència i la longevitat dels sistemes de bateries.

Resum

Les bateries de liti d'emmagatzematge estan emergint ràpidament com a solució d'emmagatzematge d'energia preferida per a aplicacions marines a causa de la seva alta densitat d'energia i la seva llarga vida útil en condicions exigents. Aquestes bateries són versàtils i es poden utilitzar per a una àmplia gamma d'aplicacions marines, des d'alimentar vaixells elèctrics fins a proporcionar energia de reserva per a sistemes de navegació. A més, el desenvolupament continu de nous sistemes de bateries està ampliant la gamma de possibles aplicacions per incloure l'exploració en aigües profundes i altres entorns desafiadors. S'espera que l'adopció de bateries de liti d'emmagatzematge en la indústria marina redueixi les emissions de gasos d'efecte hivernacle i revolucioni la logística i el transport.