Cinco aspectos clave de las baterías de sodio-azufre

A pesar del continuo desarrollo de la tecnología de las baterías de sodio-azufre (NaS), sigue habiendo dudas sobre su viabilidad comercial a corto plazo. Para disipar estas dudas, Science Times entrevistó a los investigadores implicados en el desarrollo de las baterías de sodio-azufre, entre ellos el profesor Wen Zhaoyin, Liu Yu y el ingeniero superior Cao Jiadi, del Instituto de Silicatos de Shanghai, de la Academia China de Ciencias. He aquí un análisis detallado de las cinco cuestiones principales que rodean a las baterías de sodio-azufre.

Problema 1: Problemas de seguridad

"La seguridad se refiere más bien a la fiabilidad operativa".

Dudas: Sodio-azufre pilas funcionan a temperaturas entre 300°C y 350°C. Si el dieléctrico cerámico se daña y provoca un cortocircuito, el sodio líquido a alta temperatura y el azufre entrarán directamente en contacto, provocando una violenta reacción exotérmica y generando temperaturas de hasta 2000°C, lo que es extremadamente peligroso.

Wen Zhaoyin: Desde que NGK Corporation inició sus operaciones piloto en 1992, se han establecido en Japón más de 100 estaciones de almacenamiento de energía mediante baterías de sodio-azufre, y sólo se ha producido un incidente con incendio en 18 años. Este incidente se autoextinguió antes de que llegaran los bomberos y se clasificó como accidente menor. Los medios de comunicación japoneses han informado ampliamente sobre las baterías de sodio-azufre para cambiar la percepción del público y conseguir su aceptación. De hecho, todos los sistemas de almacenamiento de energía conllevan intrínsecamente riesgos de seguridad, ya que son sistemas de concentración de energía. Sin embargo, como las baterías de sodio-azufre utilizan separadores sólidos cerámicos sin gas, no explotan. En comparación con otros tipos de baterías, las de sodio-azufre tienen un índice de incidentes mucho menor. Para evitar que el sodio y el azufre entren en contacto directo, las pilas de sodio-azufre están diseñadas con múltiples medidas de seguridad que garantizan que, aunque se dañe el material cerámico, la pila no tendrá fugas ni causará otros problemas de seguridad. Hasta la fecha, no se han producido incidentes de seguridad con las baterías de sodio-azufre desarrolladas por el Instituto de Silicatos de Shanghai, y se están realizando pruebas de fiabilidad a largo plazo.

Tema 2: Duración de la vida

"Una vez utilizados materiales y componentes prácticos, la vida útil del producto puede alcanzar los 10 años".

Dudas: La vida útil relativamente corta de las pilas de sodio-azufre afecta a su rentabilidad y dificulta su aplicación comercial.

Wen Zhaoyin: A diferencia de otros pilasLas baterías de sodio-azufre no tienen reacciones secundarias y sus materiales activos pueden utilizarse de forma reversible sin consumirse. Sin embargo, los componentes metálicos que trabajan a altas temperaturas en medios sulfurosos y sulfurosos pueden corroerse, lo que afecta a la vida útil de la pila. Por ello, las pilas de sodio-azufre utilizan medidas anticorrosión especiales para los componentes metálicos. La vida útil prevista de las pilas de sodio-azufre pilas que se está probando en el Instituto de Silicatos de Shanghai es de 8 años, con niveles de degradación iniciales similares a los de Japón. Una vez que avance la industrialización y se aborde la consistencia de los materiales y las baterías, la vida útil podría alcanzar los 10 años o más. Actualmente, los productos en Japón tienen una vida útil de unos 15 años.

Tema 3: Control de la temperatura

"El módulo tiene un aislamiento excelente, lo que le permite mantener un funcionamiento de bajo consumo durante un tiempo".

Dudas: Las baterías de sodio-azufre necesitan temperaturas superiores a 300 °C para arrancar, lo que plantea problemas de aislamiento y consumo de energía. El largo tiempo de arranque limita su aplicación.

Cao Jiadi: Las baterías de sodio-azufre absorben energía durante la carga y necesitan electricidad adicional para calentarse. Sin embargo, durante la descarga, el calor generado es suficiente para mantener la temperatura de funcionamiento necesaria. Además, los módulos de batería desarrollados por el Instituto de Silicatos de Shanghai tienen un excelente aislamiento, por lo que mantienen la temperatura incluso sin calefacción externa. Los productos de NGK tardan aproximadamente medio mes en enfriarse desde la temperatura de funcionamiento hasta la temperatura ambiente, y pueden mantener un funcionamiento de bajo consumo hasta una semana después de la pérdida de energía.

Problema 4: Eliminación de las pilas

"Japón ya ha establecido una tecnología de reciclaje bastante madura".

Dudas: Las pilas dañadas son difíciles de eliminar, uno de los puntos débiles de las pilas de sodio-azufre.

Liu Yu: Sodio-azufre pilas se diferencian de otros tipos porque son desmontables, lo que significa que su tasa de reciclado es intrínsecamente mayor. Los componentes cerámicos y los compuestos de sodio y azufre son incompatibles y pueden separarse totalmente para su reciclado. Los compuestos de sodio y azufre también pueden descomponerse reversiblemente en sodio y azufre. Otros componentes metálicos también son reciclables. Japón ha establecido un sistema de reciclaje bien desarrollado, y el Instituto de Silicatos de Shanghai ha comenzado a desarrollar tecnologías limpias de reciclaje que permiten la recuperación y reutilización del sodio, el azufre y los componentes metálicos. Sin embargo, es necesario seguir investigando para determinar cómo reciclar eficazmente las pilas de sodio-azufre en China.

Cuestión 5: Coste

"Nuestros precios no serán más altos que los de Japón".

Dudas: ¿Puede el coste del azufre sódico doméstico pilas reducirse a un nivel que permita su uso comercial?

Wen Zhaoyin: Entre las baterías de almacenamiento de energía de gran capacidad, aparte de las de plomo-ácido, de rendimiento relativamente bajo, las de sodio-azufre son las más asequibles. Según datos japoneses, las baterías de iones de litio triplican aproximadamente el precio de las baterías de sodio-azufre, y las baterías de flujo también son más caras. Por tanto, las baterías de sodio-azufre tienen una ventaja en cuanto a costes. Además, las materias primas del sodio, el azufre y la cerámica son abundantes y baratas en la naturaleza, y el sodio y el azufre tienen pocas aplicaciones especiales, lo que reduce la volatilidad de los precios. China aún no ha logrado aplicaciones comerciales a gran escala, por lo que el precio sigue siendo incierto. Sin embargo, es probable que el coste disminuya con el escalado industrial y los avances en la fabricación. El precio de los productos de NGK ronda los 2.000-2.500 RMB por kWh, y los productos nacionales no serán más caros que los extranjeros.

Conclusión

Aunque las baterías de sodio-azufre se enfrentan a retos de seguridad, vida útil, control de temperatura, reciclaje y coste, son muy prometedoras como solución de almacenamiento para el futuro. Las mejoras tecnológicas están superando gradualmente estos retos, y el futuro de las baterías de sodio-azufre en los sistemas de almacenamiento de energía y potencia sigue siendo prometedor a medida que los costes siguen bajando y aumenta la fiabilidad.