6 minute read
Pandemia, guerra y paneles fotovoltaicos
José Hugo Carmona
hugo@oem.org.mx Maestro en ingeniería, con experiencia en mercados de energía, modelación de escenarios y prospectivas del sistema energético mexicano, evaluación de cadenas de valor del sector hidrocarburos y su transformación.
Advertisement
La pandemia que vivimos actualmente ha provocado que los diferentes países del mundo adopten algunas medidas para la seguridad y protección de sus habitantes, un ejemplo de ello son las idas y venidas del confinamiento, que si lo trasladamos a ciudades chinas como Shenzhen y Shanghái, ha provocado que se detengan fábricas y puertos, lo cual es de suma importancia considerando que son unas de las zonas más relevantes de la producción de equipos fotovoltaicos. China se permite confinar ciudades importantes y zonas económicas especiales para enviarlas a un cierre temporal para la seguridad de sus habitantes, esto ocasiona que se paralicen los flujos de suministro mundial de muchos productos tecnológicos. Lo anterior, junto con el estallido de la guerra entre Rusia y Ucrania, ha hecho crecer la inestabilidad política y económica, algunos expertos opinan que se debe considerar la subida de precios en algunas materias primas utilizadas en este sector, también afectado por el conflicto por el cambio de divisa, con una considerable depreciación del euro frente a la moneda china.
Se atribuye a la situación actual de la pandemia y a la invasión del ejercito ruso a Ucrania, que no se dispongan con aproximadamente cien mil camioneros en Europa. Situación con la que la presión de los combustibles se encuentra en un crecimiento considerable, conllevando a que tras el aumento del precio del transporte marítimo, también se den aumentos en el precio del transporte terrestre. Este incremento de costos en el transporte y la energía influirá en los costos de las instalaciones fotovoltaicas. Por la inestabilidad geopolítica actual, aumenta la demanda en el sector fotovoltaico, sin embargo, el futuro inseguro sobre la evolución de los precios de los módulos y las materias primas, la disponibilidad y funcionamiento de las cadenas de suministro, se estima –con la información de que se dispone actualmente– que en los próximos meses se lleguen a experimentar alzas inevitables en los precios de los módulos y en los diferentes equipos que conforman una instalación fotovoltaica.
Próxima generación de baterías de auto
Amedida que los conductores de todo el mundo cambian a automóviles eléctricos, las nuevas baterías que pueden almacenar más energía, lo que se traduce en distancias de conducción más largas antes de que un automóvil necesite recargarse, deben llegar lo suficientemente pronto. Los investigadores de NTNU (Norwegian University of Science and Technology) han descubierto que es necesario repensar un material prometedor en la búsqueda de la próxima generación de baterías. Hoy en día, las baterías de iones de litio, del tipo que se usa en los teléfonos inteligentes y otros dispositivos, así como en los automóviles eléctricos, contienen electrolitos líquidos. Los átomos cargados conocidos como iones se mueven en una dirección a través del electrolito, liberando un electrón para alimentar un dispositivo. Para recargar la batería, los iones regresan a través del electrolito y recuperan un electrón.
Pero las baterías con electrolitos líquidos se están acercando a su límite teórico de densidad de energía. Para almacenar más energía sin tener que aumentar el tamaño de la batería, los investigadores están trabajando en electrolitos de estado sólido. Las baterías de estado sólido serían más seguras y estables que sus contrapartes de electrolito líquido, lo que también las haría útiles en marcapasos y dispositivos portátiles.
Mezclando cerámica con polímeros
Un polímero conocido como polióxido de etileno, o PEO, cumple los requisitos como electrolito sólido porque es flexible, liviano y fácil de procesar. Pero hay una trampa: la PEO no es excelente en lo único que un electrolito necesita para funcionar bien: conducir iones de litio. Los materiales cerámicos, por otro lado, conducen bien los iones pero no tienen las ventajas mecánicas de los polímeros. Entonces, los investigadores comenzaron a agregar polvos cerámicos al polímero como material de “relleno”. “La idea era poner las partículas de cerámica dentro de estos polímeros y, de alguna manera, disfrutar de lo mejor de ambos mundos”, dice Daniel Rettenwander, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NTNU. De hecho, muchas publicaciones informan que los electrolitos poliméricos conducen mejor los iones después de agregar rellenos, incluso sugiriendo que los rellenos forman redes de vía rápida para que los iones de litio se muevan a través del material.
Pero en un trabajo publicado en la revista Frontiers in Energy Research, Rettenwander y sus colegas descubrieron que los rellenos en realidad no juegan un papel en el transporte de iones de litio en el electrolito. Si bien eso puede no parecer una buena noticia para aquellos que depositaron sus esperanzas en esta combinación simple de polímero y cerámica, el descubrimiento podría ayudar a los investigadores a seguir un camino más fructífero que eventualmente conduzca a baterías que podamos usar.
Entender por qué se comporta así
Rettenwander y sus colegas fabricaron
membranas con cantidades variables de un relleno cerámico de granate de óxido de litio conocido como LLZO, en forma de partículas y alambres de solo nanómetros de ancho. Luego observaron las secciones transversales de las membranas usando un microscopio electrónico de barrido y, en colaboración con Roland Brunner en el Centro de Investigación de Materiales en Leoben, Austria, usaron tomografía computarizada de rayos X para tomar instantáneas del interior de los materiales a microescala. La comparación de esas instantáneas con las mediciones de las propiedades del material significó que los investigadores pudieran sacar conclusiones sobre cómo las partículas de relleno afectan el comportamiento de los iones en el polímero. Los investigadores vieron que tanto las partículas, como los nanocables se distribuyeron uniformemente por todo el polímero y no formaron redes que pudieran acelerar los iones de litio. Las membranas con más relleno eran en realidad peores conductoras de los iones, lo que reforzó la conclusión de que el relleno no participa en el transporte de los iones. “Simplemente poner relleno dentro de la membrana no conduce a ninguna mejora”, dice Rettenwander. “No es la propiedad intrínseca de la cerámica lo que mejora el rendimiento”. Entonces, ¿por qué algunos experimentos encuentran que agregar rellenos aumenta la conductividad, si en realidad no juegan un papel en el transporte de iones? Rettenwander cree que podrían ser los cambios que se producen en el propio polímero los que dan a los materiales su ventaja: pasar de una estructura cristalina ordenada a un patrón más amorfo e irregular.
Podría casi duplicar la densidad de energía
Esto no significa que los polímeros con relleno agregado sean un callejón sin salida para la investigación sobre baterías de estado sólido. “El uso de rellenos sigue siendo una muy buena estrategia, pero es que no es suficiente para poner el relleno dentro”, dice Rettenwander. “Hay que mejorar la interfaz entre el polímero y la cerámica para que estas membranas funcionen”. Se está trabajando en una forma de ayudar a que los materiales se unan mejor cambiando sus superficies, por ejemplo. Si los investigadores pueden encontrar una manera de combinar lo mejor de ambos materiales, las baterías de estado sólido para automóviles eléctricos podrían reducir significativamente las paradas de carga. “Si se puede fabricar una batería de estado sólido, entonces podrá casi duplicar la densidad de energía, aumentando su distancia de conducción casi por un factor de dos”, dice Rettenwander.
