Avances en la tecnología de baterías para sistemas de almacenamiento de energía marina

Prefacio

A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más sostenibles, las baterías de litio han cobrado mayor relevancia. Si bien los vehículos eléctricos han acaparado la atención durante más de una década, el potencial de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica en entornos marinos se ha pasado por alto. Sin embargo, se ha producido un auge en la investigación centrada en la optimización del uso de las baterías de litio y los protocolos de carga para diferentes aplicaciones náuticas. En este caso, las baterías de ciclo profundo de fosfato de litio-ion resultan especialmente atractivas debido a su alta densidad energética, buena estabilidad química y larga vida útil, incluso bajo los estrictos requisitos de los sistemas de propulsión marina.

A medida que se populariza la instalación de baterías de litio para almacenamiento, también aumenta la implementación de regulaciones para garantizar la seguridad. La norma ISO/TS 23625 es una de estas regulaciones que se centra en la selección, la instalación y la seguridad de las baterías. Es fundamental destacar que la seguridad es primordial en el uso de baterías de litio, especialmente en lo que respecta a los riesgos de incendio.

Sistemas de almacenamiento de energía marina

Los sistemas de almacenamiento de energía marina se están convirtiendo en una solución cada vez más popular en la industria marítima, a medida que el mundo avanza hacia un futuro más sostenible y ecológico. Como su nombre indica, estos sistemas están diseñados para almacenar energía en un entorno marino y pueden utilizarse para diversos fines, desde la propulsión de barcos y embarcaciones hasta el suministro de energía de reserva en caso de emergencia.

El sistema de almacenamiento de energía marina más común es la batería de iones de litio, debido a su alta densidad energética, fiabilidad y seguridad. Además, las baterías de iones de litio pueden adaptarse a las necesidades específicas de energía de diferentes aplicaciones marinas.

Una de las principales ventajas de los sistemas de almacenamiento de energía marina es su capacidad para sustituir a los generadores diésel. Al utilizar baterías de iones de litio, estos sistemas ofrecen una fuente de energía fiable y sostenible para diversas aplicaciones, como la alimentación auxiliar, la iluminación y otras necesidades eléctricas a bordo de buques o embarcaciones. Además, los sistemas de almacenamiento de energía marina también pueden alimentar sistemas de propulsión eléctrica, lo que los convierte en una alternativa viable a los motores diésel convencionales. Son especialmente adecuados para embarcaciones pequeñas que operan en zonas relativamente limitadas.

En definitiva, los sistemas de almacenamiento de energía marina son un componente clave de la transición hacia un futuro más sostenible y ecológico en la industria marítima.

Ventajas de las baterías de litio

Una de las ventajas más evidentes del uso de baterías de litio frente a los generadores diésel es la ausencia de emisiones tóxicas y de gases de efecto invernadero. Si las baterías se cargan con fuentes limpias como paneles solares o turbinas eólicas, podrían generar energía 100% limpia. Además, su mantenimiento es menos costoso, ya que tienen menos componentes. Producen mucho menos ruido, lo que las hace ideales para su ubicación cerca de zonas residenciales o pobladas.

Las baterías de litio de almacenamiento no son el único tipo de baterías que se pueden utilizar. De hecho, los sistemas de baterías marinas se dividen en baterías primarias (que no se pueden recargar) y baterías secundarias (que se pueden recargar continuamente). Estas últimas resultan más rentables a largo plazo, incluso considerando la degradación de la capacidad. Inicialmente se utilizaban baterías de plomo-ácido, y las baterías de litio de almacenamiento se consideran una tecnología emergente. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que ofrecen mayor densidad energética y una vida útil más prolongada, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones de largo alcance y para soportar altas cargas y velocidades.

A pesar de estas ventajas, los investigadores no se han mostrado complacientes. A lo largo de los años, numerosos diseños y estudios se han centrado en mejorar el rendimiento de las baterías de litio para optimizar su aplicación marina. Esto incluye nuevas mezclas químicas para los electrodos y electrolitos modificados para prevenir incendios y fugas térmicas.

Selección de baterías de litio

Al seleccionar baterías de litio para un sistema de almacenamiento marino, es fundamental considerar diversas características. La capacidad es una especificación crítica, ya que determina la cantidad de energía que puede almacenar y, por consiguiente, la cantidad de trabajo que puede producir antes de recargarse. Este es un parámetro de diseño esencial en aplicaciones de propulsión, donde la capacidad determina la autonomía o distancia que puede recorrer la embarcación. En el ámbito marino, donde el espacio suele ser limitado, es importante encontrar una batería con alta densidad energética. Las baterías con mayor densidad energética son más compactas y ligeras, lo cual es especialmente importante en embarcaciones donde el espacio y el peso son recursos valiosos.

Las especificaciones de voltaje y corriente son también importantes a considerar al seleccionar baterías de litio para sistemas de almacenamiento de energía marina. Estas especificaciones determinan la velocidad de carga y descarga de la batería, lo cual es crucial para aplicaciones donde la demanda de energía puede variar rápidamente.

Es importante elegir una batería diseñada específicamente para uso marino. Los entornos marinos son hostiles, con exposición a agua salada, humedad y temperaturas extremas. Las baterías de litio diseñadas para uso marino suelen ser impermeables y resistentes a la corrosión, además de contar con otras características como resistencia a las vibraciones y a los golpes para garantizar un rendimiento fiable en condiciones adversas.

La seguridad contra incendios es fundamental. En aplicaciones marinas, el espacio para el almacenamiento de baterías es limitado y cualquier propagación del fuego podría generar emisiones tóxicas y daños costosos. Se pueden tomar medidas de instalación para limitar la propagación. RoyPow, una empresa china fabricante de baterías de iones de litio, es un ejemplo de ello, ya que incorpora microextintores en el marco del paquete de baterías. Estos extintores se activan mediante una señal eléctrica o al quemar la línea térmica. Esto activa un generador de aerosol que descompone químicamente el refrigerante mediante una reacción redox y lo dispersa para extinguir el fuego rápidamente antes de que se propague. Este método es ideal para intervenciones rápidas y resulta muy adecuado para aplicaciones en espacios reducidos, como el almacenamiento de baterías de litio en aplicaciones marinas.

Seguridad y requisitos

El uso de baterías de litio para aplicaciones marinas está en auge, pero la seguridad debe ser una prioridad absoluta para garantizar un diseño e instalación adecuados. Las baterías de litio son vulnerables al sobrecalentamiento y a los incendios si no se manipulan correctamente, sobre todo en el duro entorno marino con exposición al agua salada y alta humedad. Para abordar estas preocupaciones, se han establecido normas y reglamentos ISO. Una de estas normas es la ISO/TS 23625, que proporciona directrices para la selección e instalación de baterías de litio en aplicaciones marinas. Esta norma especifica los requisitos de diseño, instalación, mantenimiento y monitorización de la batería para garantizar su durabilidad y funcionamiento seguro. Además, la ISO 19848-1 ofrece orientación sobre las pruebas y el rendimiento de las baterías, incluidas las de litio, en aplicaciones marinas.

La norma ISO 26262 también desempeña un papel fundamental en la seguridad funcional de los sistemas eléctricos y electrónicos de embarcaciones y otros vehículos. Esta norma exige que el sistema de gestión de baterías (BMS) esté diseñado para proporcionar avisos visuales o sonoros al operador cuando la batería tenga poca carga, entre otros requisitos de seguridad. Si bien el cumplimiento de las normas ISO es voluntario, su observancia fomenta la seguridad, la eficiencia y la vida útil de los sistemas de baterías.

Resumen

Las baterías de litio de almacenamiento se están consolidando rápidamente como la solución de almacenamiento de energía preferida para aplicaciones marinas debido a su alta densidad energética y larga vida útil en condiciones exigentes. Estas baterías son versátiles y pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones marinas, desde la alimentación de embarcaciones eléctricas hasta el suministro de energía de respaldo para sistemas de navegación. Además, el continuo desarrollo de nuevos sistemas de baterías está ampliando el abanico de posibles aplicaciones, incluyendo la exploración de aguas profundas y otros entornos adversos. Se espera que la adopción de baterías de litio de almacenamiento en la industria marina reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero y revolucione la logística y el transporte.