Almacenamiento electroquímico con baterías Metal-aire

Transcripción

1 Almacenamiento electroquímico con baterías Metalaire Castellón, Junio 2016

2 ÍNDICE 1. Nuevas (y mayores) necesidades de almacenamiento de energía 2. Tendencia hacia baterías avanzadas 1. Familia de baterías Metalaire Znaire Liaire Alaire 4. Resumen

3 1. Nuevas (y mayores) necesidades de almacenamiento de energía Los sistemas eléctricos están cambiando. Smart Grids. Integración de Energías Renovables en redes eléctricas tradicionales Fuentes de energía distribuidas Demanda inteligente Autoconsumo Redución de emisiones de CO 2 en un 80% en 2050

4 1. Nuevas (y mayores) necesidades de almacenamiento de energía Coste Electrificación del transporte. ehículo eléctrico. Autonomía Infraestructura Redución de emisiones de CO 2 en un 80% en 2050

5 1. Nuevas (y mayores) necesidades de almacenamiento de energía Surgen nuevas necesidades en un entorno en el que los sistemas eléctricos están cambiando. Smart Grids. Electrificación del transporte. EHÍCULO ELÉCTRICO Expectativas no cumplidas por parte de algunas tecnologías en prestaciones y precio. Necesidades muy exigentes. Se apuesta por desarrollar nuevos dispositivos de almacenamiento de energía tanto de alta capacidad como de alta potencia y más baratos. Coste <250 /KWh

6 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Densidad energética (Wh/Kg) 2,0 e PbO 2 PbSO 4 H SO 2 H 2 O 4 35 PbSO 4 Pb H 2 SO 4 /H 2 O Plomoácido 1,2 e NiOOH Ni(OH)2 OH Cd(OH) Cd KOH/H 2 O H NíquelCadmio 1,2 e NiOOH Ni(OH)2 H 75 M H MH x KOH/H 2 O ,3 e Níquelhidruro metálico Li 1x CoO 2 LiCoO2 C 6 LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion

7 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Disposición crítica de las materias primas

8 LiPF6 polymer 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Densidad energética (Wh/Kg) 3,3 e Li 1x CoO 2 LiCoO2 C 6 LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion 3,0 e 150 FePO4 LiFePO4 Si Lix(Si) LiPF6 EC/DMC Litioion 3,0 e 200 FePO4 LiFePO4 Si Lix(Si) Litiopolímero

9 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Coste( /KWh) 150 PbO NiOOH Ni(OH) ,3 e Li 1x CoO 2 LiCoO2 C 6 2,0 PbSO 4 H SO 2 H 2 O 4 1,2 e H M H LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion e PbSO 4 Pb H 2 SO 4 /H 2 O MH x KOH/H 2 O Níquelhidruro metálico Plomoácido Densidad energética (Wh/Kg)

10 2. Tendencia hacia baterías avanzadas La batería del futuro la era postlitio Alcanzar energía específica teórica manteniendo ciclabilidad Prestaciones Escalado Diversificación tanto en la producción como en la aplicación Baterías mas seguras, mas respetuosas con el medioambiente Coste Sostenibilidad

11 LiPF6 polymer 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Densidad energética (Wh/Kg) 3,3 e Li 1x CoO 2 LiCoO2 C 6 LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion 3,0 e 150 FePO4 LiFePO4 Si Lix(Si) LiPF6 EC/DMC Litioion 3,0 e 200 FePO4 LiFePO4 Si Lix(Si) Litiopolímero

12 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Densidad energética (Wh/Kg) 3,3 e Li 1x CoO 2 LiCoO2 C 6 LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion 3,0 e 150 FePO4 LiFePO4 Si Lix(Si) LiPF6 EC/DMC Litioion 800 1,5 e O 2 O 2 Al 3 Aluminium metal Líquido iónico Al 3 Metalaire

13 2. Tendencia hacia baterías avanzadas Historia Coste( /KWh) 2,0 e PbO 2 PbSO 4 H SO 2 H 2 O PbSO 4 Pb H 2 SO 4 /H 2 O Plomoácido 1,2 e 350 NiOOH Ni(OH)2 H M H MH x KOH/H 2 O 600 3,3 e Li 1x CoO 2 LiCoO2 Níquelhidruro metálico C 6 LiC 6 LiPF6 EC/DMC Litioion 1,5 e O 2 Al 3 Aluminium metal Al 3 Metalaire Densidad energética (Wh/Kg) O /KWh O Wh/Kg Líquido iónico

14 3. Familia de baterías metalaire nueva tecnología? por qué no están extendidas?

15 3. Familia de baterías metalaire Interés

16 3. Familia de baterías metalaire Interés Metal Equivalente electroquímico Ah/g oltaje teórico vs O 2 Alteración del estado de oxidación Energía específica teórica kwh/kg oltaje operativo real Li 3,86 3, ,43,1 Ca 1,34 3,4 2 4,6 2 Mg 2,2 3,1 2 6,8 1,21,4 Al 2,98 2,7 3 8,1 1,11,4 Zn 0,82 1,6 2 1,3 1,01,2 Fe 0,96 1,3 2 1,2 1

17 3. Familia de baterías metalaire Tipos Baterías primarias Electrolito neutro Electrolito alcalino Znaire, Mgaire, Alaire, Liaire Baterías secundarias Electrolito noacuoso Electrolito sólido Electrolito híbrido Znaire, Feaire Znaire, Mgaire, Alaire, Naaire, Liaire Recarga mecánica Znaire, Mgaire, Alaire

18 3. Familia de baterías metalaire Znaire Batería primaria Aplicaciones tradicionales 1.Señalización ferroviaria 2.Dispositivos de comunicación remota Con el desarrollo de electrodos de aire avanzados se aplicó en baterías de pequeño tamaño: Audífonos Aplicaciones militares

19 3. Familia de baterías metalaire Znaire Batería secundaria ENTAJAS Respetuoso con el medioambiente Tecnología simple De bajo coste RETOS Evolución de hidrógeno en electrolitos acusosos Formación de dendritas de Zn durante la recarga: cortocircuitos.. Carbonatación de electrolitos alcalinos, disminuyendo la vida Baja eficencia cátodos de aire bifuncionales para liberar el oxígeno desde los productos de la reacción de descarga

20 3. Familia de baterías metalaire Znaire Batería secundaria Batería de flujo Znaire

21 3. Familia de baterías metalaire Liaire Batería secundaria Densidad de energía específica Capacidad teórica y energía por discutir 2 tipos según sus electrolitos Liaire= 5200 Wh/kg Liion= Wh/kg La máxima limitación: materiales activos acuoso No acuoso

22 3. Familia de baterías metalaire Liaire Batería secundaria Electrolito no acuoso Sal de litio Disolventes orgánicos Líquidos iónicos Espontáneo SEI Formación de dendritas en Li metal Muy inflamable a altas temperaturas

23 3. Familia de baterías metalaire Liaire Batería secundaria Electrolito híbrido Acuosos Disolventes orgánicos Membrana: LiSiCON Espontáneo SEI Formación de dendritas en Li metal Muy inflamable a altas temperaturas

24 3. Familia de baterías metalaire Liaire Batería secundaria

25 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire PhinergyAlcoa > 1300 Km Recarga mecánica Relleno con agua

26 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire Batería aluminioaire Al 3OH = Al(OH) 3 3 e E 0 = 2,31 O 2 2H 2 O 4 e = 4OH E 0 = 0,4 4Al 3O 2 6H 2 O = 4Al(OH) 3 E 0 = 2,71 Al 2,98 Ah/g 8,1 kwh/kg Abundante, barato, no tóxico, no entraña peligrosidad Capa pasivante sobre superficie Al Autocorrosión 2Al 2OH 6H 2 O = 2Al(OH) 4 H 2 Precipitación Al(OH) 3 en el electrolito Baja eficiencia electrodo de aire

27 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire Ánodo de aluminio Electrolitos Cátodo de oxígeno No sirve aluminio puro No existen aleaciones comerciales adecuadas No sirven acuosos para batería recargable Los comerciales son para electrolitos acuosos

28 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire Nuevas aleaciones de Al que disminuyan capa pasivante y autocorrosión Adición de aditivos al electrolito Uso de nuevos electrolitos basados en líquidos iónicos, disolventes orgánicos Diseño de nuevos electrodos de aire con alta recargabilidad adecuados al nuevos diseño de electrolito

29 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire primaria E / Patente: ES A1 1,8 1,6 1,4 Alaire Albufera Electrolito neutro Optimización aleación de Aluminio del ánodo Modificación electrolito mediante aditivos En desarrollo: optimización electrode de aire 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, mah/gal C ESP / mah g 1 (Al) Casi 3 veces mas capacidad que Zn/aire

30 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire primaria Aplicaciones Audífonos y sensores CHIARA Consorcio para la Homologación e Industrialización de Almacenamiento con Recursos Avanzados

31 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire primaria Aplicaciones Integración y adecuación de las baterías Alaire para dispositivos portátiles militares.

32 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire secundaria Patente: ES Electrolito basado en líquido iónico Electrodo de aire bifuncional Optimización aleación de Aluminio del ánod Optimización diseño de celda 200 ciclos Ah

33 4. Baterías basadas en la electroquímica del Aluminio Aluminioaire secundaria Aplicaciones Retos Colaboración alidación de la tecnología de Alaire recargable en instalaciones fotovoltaicas, comparando con tecnología de Plomo. ALIENA Consorcio:

34 RESUMEN Metalaire Znaire Alaire Liaire Potencia Baja Baja Depende de tecnología Capacidad Alta Alta Alta Recargable eléctricamente No Comerciales Sí (Zn polímero con electrolito no acuoso) ID No comercial Sí en ID Comerciales Sí No No Promete la tecnología con electrolito sólido, y con líquidos iónicos Aplicaciones Audífonos, uso militar Medidores y sensores de medida, audífonos. E, laptops, sensores remotos y usos en robótica

35 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Más información web: C/ Faraday, nº Cantoblanco. Madrid Albufera Warehouse P. Industrial El Caballo, Parcela 72, Nave Loeches, Madrid.