Una visió general de les bateries de níquel-hidrogen: una anàlisi comparativa amb bateries d’ions de liti

Presentació

A mesura que la demanda de solucions d’emmagatzematge d’energia continua augmentant, s’estan avaluant diverses tecnologies de la bateria per la seva eficiència, longevitat i impacte ambiental. Entre aquestes, les bateries de níquel-hidrogen (NI-H2) han obtingut l'atenció com a alternativa viable a les bateries d'ió de liti (ions Li) més utilitzades. Aquest article pretén proporcionar una anàlisi completa de les bateries Ni-H2, comparant els seus avantatges i desavantatges amb els de les bateries de ions Li.

Bateries de níquel-hidrogen: una visió general

Les bateries de níquel-hidrogen s’han utilitzat principalment en aplicacions aeroespacials des dels seus inicis als anys 70. Consisteixen en un elèctrode positiu d’hidròxid d’òxid de níquel, un elèctrode negatiu d’hidrogen i un electròlit alcalí. Aquestes bateries són conegudes per la seva alta densitat energètica i la seva capacitat per funcionar en condicions extremes.

Avantatges de les bateries de níquel-hidrogen

1. La longevitat i la vida en bicicleta: Les bateries Ni-H2 presenten una vida de cicle superior en comparació amb les bateries de ions Li. Poden suportar milers de cicles de descàrrega de càrrega, cosa que els fa adequats per a aplicacions que requereixen fiabilitat a llarg termini.
2. Estabilitat de la temperatura: Aquestes bateries funcionen bé en un ampli rang de temperatura, de -40 ° C a 60 ° C, cosa que és avantatjosa per a les aplicacions aeroespacials i militars.
3. Seguretat: Les bateries Ni-H2 són menys propenses a la fugida tèrmica en comparació amb les bateries de ions Li. L’absència d’electròlits inflamables redueix el risc d’incendi o explosió, millorant el seu perfil de seguretat.
4. Impacte ambiental: El níquel i l’hidrogen són més abundants i menys perillosos que el liti, el cobalt i altres materials utilitzats en les bateries d’ió Li. Aquest aspecte contribueix a una menor petjada ambiental.

Desavantatges de les bateries de níquel-hidrogen

1. Densitat energètica: Si bé les bateries Ni-H2 tenen una bona densitat energètica, generalment es queden a menys de la densitat energètica proporcionades per les bateries d’ions Li d’última generació, cosa que limita el seu ús en aplicacions on el pes i la mida són crítics.
2. Costar: La producció de bateries Ni-H2 sovint és més cara a causa dels complexos processos de fabricació implicats. Aquest cost més elevat pot suposar una barrera important per a l’adopció generalitzada.
3. Taxa de descàrrega pròpia: Les bateries Ni-H2 tenen una taxa de descàrrega més elevada en comparació amb les bateries de ions Li, cosa que pot comportar una pèrdua d’energia més ràpida quan no s’utilitzi.

Bateries d’ions de liti: una visió general

Les bateries d’ions de liti s’han convertit en la tecnologia dominant per a l’electrònica portàtil, els vehicles elèctrics i l’emmagatzematge d’energies renovables. La seva composició inclou diversos materials càtodes, amb l’òxid de cobalt de liti i el fosfat de ferro de liti el més comú.

Avantatges de les bateries d’ions de liti

1. Alta densitat energètica: Les bateries de ions Li proporcionen una de les densitats energètiques més altes entre les tecnologies actuals de la bateria, cosa que les fa ideals per a aplicacions on l’espai i el pes són crítics.
2. Àmplia adopció i infraestructures: L’ús extensiu de les bateries d’ió Li ha provocat que les cadenes de subministrament i les economies d’escala, reduint els costos i la millora de la tecnologia mitjançant la innovació contínua.
3. Taxa de descàrrega d'auto-descàrrega baixa: Les bateries de ions Li solen tenir una taxa de descàrrega d'auto-descàrrega inferior, permetent-los retenir la càrrega durant períodes més llargs quan no s'utilitzin.

Desavantatges de les bateries d’ions de liti

1. Preocupacions de seguretat: Les bateries de ions Li són susceptibles a la fugida tèrmica, provocant un sobreescalfament i incendis potencials. La presència d’electròlits inflamables planteja problemes de seguretat, especialment en aplicacions d’alta energia.
2. Vida en cicle limitat: Mentre millora, la vida cicle de les bateries de ions Li és generalment més curta que la de les bateries Ni-H2, necessitant reemplaçaments més freqüents.
3. Problemes mediambientals: L’extracció i el processament de liti i cobalt plantegen problemes ambientals i ètics importants, inclosa la destrucció de l’hàbitat i les violacions dels drets humans en les operacions mineres.

Conclusió

Tant les bateries de níquel-hidrogen com d’ions de liti presenten avantatges i desavantatges únics que s’han de tenir en compte a l’hora d’avaluar la seva idoneïtat per a diverses aplicacions. Les bateries de níquel-hidrogen ofereixen longevitat, seguretat i avantatges mediambientals, cosa que les fa ideals per a usos especialitzats, particularment en aeroespacial. En canvi, les bateries d’ions de liti excel·len en la densitat d’energia i l’aplicació generalitzada, cosa que les converteix en l’elecció preferida per a l’electrònica de consum i els vehicles elèctrics.

A mesura que el paisatge energètic continua evolucionant, la investigació i el desenvolupament en curs poden conduir a tecnologies de bateries millorades que combinen els punts forts dels dos sistemes alhora que mitiga les seves respectives debilitats. El futur de l’emmagatzematge d’energia probablement dependrà d’un enfocament diversificat, aprofitant les característiques úniques de cada tecnologia de bateries per satisfer les exigències d’un sistema energètic sostenible.