Almacenamento de enerxía eléctricainclúe principalmente o almacenamento de enerxía de supercondensadores e o almacenamento de enerxía superconductora. O primeiro almacena enerxía eléctrica nun campo eléctrico, mentres que o segundo almacena enerxía eléctrica nun campo magnético. O almacenamento de enerxía eléctrica ten vantaxes significativas na densidade de enerxía e na vida útil do ciclo, pode reducir o impacto dos cortes de enerxía instantáneos, suprimir oscilacións de enerxía de baixa-frecuencia na rede e mellorar as características de tensión e frecuencia.
Almacenamento de enerxía de supercondensadores
Os supercondensadores, tamén coñecidos como capacitores electroquímicos, son dispositivos de almacenamento de enerxía que almacenan enerxía mediante a acumulación de carga na superficie do electrodo. O seu mecanismo de almacenamento de enerxía difire das baterías tradicionais; almacenan enerxía a través da carga formada pola dobre capa na interface do electrodo-electrólito. Os supercondensadores posúen unha densidade de potencia extremadamente alta, ciclos de vida ultra-longos e capacidades de carga rápida-descarga, polo que atopan unha aplicación xeneralizada en vehículos eléctricos, sistemas de freado rexenerativo, fontes de alimentación de respaldo e regulación da frecuencia da rede. Non obstante, a densidade de enerxía dos supercondensadores é relativamente baixa, moi inferior á das baterías de iones de litio-, polo que son aptas para aplicacións que requiren aplicacións de alta-potencia e a curto prazo. No futuro, cos avances na ciencia dos materiais, espérase que a densidade de enerxía dos supercondensadores aumente aínda máis, ampliando así as súas aplicacións no mercado de almacenamento de enerxía.
Os supercondensadores pódense clasificar principalmente en tres categorías: capacitores eléctricos de dobre-capa, capacitores de Faraday e supercondensadores híbridos. Os capacitores eléctricos de dobre-capa utilizan materiais de carbono como electrodos, onde a separación de carga ocorre na interface sólida-líquida formada polo contacto co electrólito, creando unha estrutura eléctrica de dobre-capa. Estes capacitores sofren procesos de adsorción e desorción de carga física durante a carga e a descarga. Aínda que os capacitores eléctricos de dobre-capa posúen unha alta densidade de potencia e unha longa vida útil, a súa densidade de enerxía é relativamente baixa. Actualmente, estes dispositivos acadaron aplicación comercial.
Os capacitores de Faraday utilizan óxidos metálicos ou polímeros condutores como materiais de electrodos, onde a capacitancia de adsorción fórmase a través de reaccións redox na superficie e nas rexións superficiales a granel destes materiais. O principio de funcionamento deste tipo de capacitor é similar ao proceso de reacción nunha batería; dadas áreas de superficie de electrodos similares, pode proporcionar varias veces a capacidade dun capacitor eléctrico de dobre-capa. Non obstante, en canto ás características de potencia para a descarga instantánea de alta-corrente e a vida cíclica, os capacitores de Faraday non funcionan tan ben como os capacitores eléctricos de dobre-capa. Ademais, os capacitores de Faraday tamén enfróntanse a desafíos como os altos custos de fabricación e a tecnoloxía que aínda non está totalmente madura.
Os supercondensadores híbridos son coñecidos pola súa alta densidade de enerxía e longa vida útil. Aínda que actualmente se atopan nas primeiras fases de comercialización, posúen un enorme potencial de desenvolvemento futuro.
Almacenamento de enerxía superconductora
O almacenamento de enerxía supercondutora é unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía electromagnética que utiliza supercondutores para almacenar enerxía eléctrica nun estado-libre de resistencia. O seu principio de funcionamento consiste en xerar un campo magnético forte a través dunha corrente continua nunha bobina supercondutora, almacenando así enerxía e liberándoa a través da descarga de corrente cando sexa necesario. Debido a que os supercondutores non teñen resistencia a baixas temperaturas, os sistemas de almacenamento de enerxía supercondutores poden acadar eficiencias de carga e descarga extremadamente altas sen practicamente ningunha perda de enerxía. Ademais, o almacenamento de enerxía superconductora ten tempos de resposta extremadamente rápidos, conseguindo carga e descarga en milisegundos, polo que é axeitado para a regulación instantánea de tensión e control de frecuencia en sistemas de enerxía. Non obstante, o custo dos sistemas de almacenamento de enerxía supercondutor é elevado, limitado principalmente polo desenvolvemento de materiais supercondutores e tecnoloxía de arrefriamento crioxénico. Polo tanto, as aplicacións actuais concéntranse maioritariamente en campos especiais que requiren almacenamento de enerxía de alta-potencia e-a curto prazo, como a estabilidade da rede e os equipos militares.
Os materiais supercondutores comúns inclúen supercondutores de baixa-temperatura, como Nb-Ti e Nb3Sn, e supercondutores de alta-temperatura, como o óxido de cobre de itrio bario (YBCO) e o óxido de cobre de bismuto estroncio e calcio (BSCCO). Os supercondutores de alta-temperatura teñen temperaturas críticas máis altas que os de baixa-temperatura, o que reduce os requisitos de arrefriamento e fai que os sistemas de almacenamento de enerxía supercondutor sexan máis prácticos e económicos.