La investigación de baterías aborda nuevos desafíos para los sistemas de almacenamiento estacionarios detrás del medidor

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La transición nacional a emisiones netas de carbono cero para 2050 exigirá más de nuestra red eléctrica que nunca. Los sistemas estacionarios de almacenamiento de energía son fundamentales para la resiliencia de la red al garantizar que la energía de fuentes de energía renovable esté disponible cuando y donde se necesite.

Los edificios energéticamente eficientes del futuro están recurriendo a diseños de sistemas holísticos de almacenamiento detrás del medidor (BTMS) para minimizar los costos y los impactos en la red debido a su capacidad para integrar la carga de vehículos eléctricos, la generación fotovoltaica y las demandas del edificio utilizando cargas controlables para generar y almacenar. energía en el sitio.

Como parte del Departamento de Energía de EE. Consorcio BTMSlos investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) lideran el desarrollo de nuevos diseños de baterías de iones de litio (Li-ion) específicas para los requisitos de almacenamiento estacionario.

“Ya sabemos mucho sobre las baterías de iones de litio, pero las baterías para diferentes aplicaciones tienen diferentes requisitos”, dijo Yeyoung Ha, investigador y líder del proyecto del NREL. “Nuestra investigación analiza cómo aprovechar los desarrollos de la investigación de baterías de vehículos eléctricos para nuevas aplicaciones en almacenamiento estacionario”.

Los sistemas BTMS tienen patrones de carga y descarga diferentes a los de un vehículo eléctrico típico y requieren materiales de batería de iones de litio que cumplan con estas prioridades únicas. Diseños de baterías de iones de litio que utilizan un Li4ti5O12 (LTO) ánodo y LiMn2O4 (LMO) son candidatos prometedores libres de materiales críticos que ofrecen la seguridad y la vida útil prolongada que requieren los sistemas BTMS. Si bien estas celdas en diseño convencional tienen una densidad de energía comparativamente baja, una nueva investigación en NREL, publicada en el Revista de la Sociedad Electroquímicaprofundizó en prometedoras oportunidades, así como limitaciones, de usar celdas de batería LTO/LMO para uso de almacenamiento estacionario.

Este proyecto evaluó el rendimiento dependiente de la temperatura de las celdas LTO/LMO con varias cargas de electrodos. Los investigadores determinaron que el uso de electrodos más gruesos en los diseños de baterías puede aumentar la capacidad de la celda y la densidad de energía, al mismo tiempo que disminuyen los costos generales de la celda. Sin embargo, estos electrodos más gruesos requieren que los iones viajen por un camino más largo, lo que limita la utilización de los electrodos. Los ajustes de temperatura pueden aliviar estos impactos negativos, pero pueden presentar complicaciones adicionales. El truco consiste en diseñar una batería que ofrezca el mejor equilibrio para aplicaciones estacionarias.

“Nuestro objetivo con esta investigación es identificar un ‘punto óptimo’ para aprovechar las ventajas de la carga de electrodos y el aumento de las temperaturas para maximizar el rendimiento de las celdas de batería LTO/LMO”, dijo Ha. “Nuestra investigación refinó los diseños de materiales para BTMS específicamente, convirtiendo esta conocida química de energía en celdas de energía”.

El equipo de NREL verificó aún más sus hallazgos mediante la aplicación de modelos electroquímicos para simular reacciones a diferentes temperaturas y espesores de electrodos. Este modelado, alineado con los resultados experimentales, enfatizó el impacto de las limitaciones de transporte e informó estrategias para mejorar el rendimiento de la celda. Al permitir que las baterías tengan un descanso intermitente durante la descarga, en lugar de descargarse por completo como en los vehículos eléctricos, la utilización de los electrodos mejoró significativamente. Los investigadores encontraron que este tipo de descarga pulsada es muy adecuado para aplicaciones estacionarias de BTMS, donde las baterías se usarán solo cuando haya una demanda intermitente y luego volverán a la etapa de reposo.

Aunque estas celdas de batería LTO/LMO optimizadas ofrecen muchas ventajas, el equipo de investigación también está explorando opciones de cátodos que pueden satisfacer mejor las necesidades del sistema BTMS. La experiencia de NREL en el desarrollo de materiales se combinará con el modelado electroquímico de vanguardia utilizado en este proyecto para optimizar la investigación adicional sobre nuevos materiales y diseños de baterías experimentales para almacenamiento estacionario y más.

Obtenga más información sobre los NREL investigacion de almacenamiento de energia y investigación sobre movilidad y transporte sostenible.

Artículo cortesía de Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Por Rebeca Martineau.

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Y, sin más, volvemos a vernos una próxima noticia. ¡Nos vemos!

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