Subido por Jon Bilbao

Tema 1. Historia 21-22

Anuncio
Almacenamiento de Energía. Baterías
Antonio J. Fernández Romero
Área de Química Física
Campus de Alfonso XIII. Aulario General II
Email: antonioj.fernandez@upct.es
•Sistemas de
Almacenamiento de
Energía Eléctrica
•Demanda Eléctrica
Curva amarilla. Representa la demanda real.
Curva verde. Representa la previsión de la demanda.
Curva roja. Representa la producción programada
Horas Valle
Horas Punta
•Demanda Eléctrica
Horas Valle
Horas Punta
Los ESSs permiten establecer un equilibrio entre la producción
y demanda de energía
Beneficios del Almacenamiento de Energía
• Regulación de la Relación entre Oferta y Demanda
• Almacenamiento de Energía en Horas Valle y
Producción en Horas Punta
• Reducimos el consumo de combustibles fósiles
(no reciclables, no eternos, contaminantes)
• Facilita la introducción de más Energías limpias
• Ayuda a la Estabilidad de la Red Eléctrica
Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica
•Central Hidroeléctrica Reversible
Restat illud quod a nemine animaduersum esse uideo: nomina propria
hominum, urbium, fluuiorum, montium, cetera huiusmodi genus
grammaticum habere non posse, nam, ut saepe monuimus, si non esse
adiectiua nomina, genus apud grammaticos locum non haberet. Si enim
dicas reuereor patrem,
ne laedas hominem, exclude canem, non refert cuias generis sit
interrogare, nisi addendam sit adiectiau.
Hinc iam patebit genus in illis nominibas
Non esse quaerendum, quae adiectiuis coniungi non possunt, qualia sunt
ego, tu, sui, et hominum et deorum nomina propria, ut ego sum hispanus,
scilicet homo; uide in ellipsi homo; magna Tarentum, scilicet urbs; uide
ellipsin urbs, arbor, fluuius, mensis, etc.
Central Hidroeléctrica Reversible
La Muela II. Cortes de Pallás (Valencia)
Riverbank Power: Almacena
la energía eólica producida
por la noche: bombea agua a
la superficie
LaunchPoint Technologies:
Se eleva una gran pesa bombeando
agua hacia abajo
Sistema fotovoltaico para bombeo directo
en flotación sobre embalse de riego
TFM de Angel Turpin Ramos (UPCT)
Energía Química. Hidrógeno
•Condensadores/Supercondensadores
•¿Cómo funcionan las Baterías?
•Energía Química ↔ Energía Eléctrica
e
e
Ánodo
+
Zn
Zn++
Zn++ SO4=
| |
e
Cátodo
Cu
Cátodo
+
Zn
Cu++
Zn++
Cu++ SO4=
e
Zn++ SO4=
Descarga
++++
- Cu
+
2e
Cu
+
2e
(ac)
(ac)
++++
Zn
+ Cu
Zn
(ac)
(s)(s)+ Cu (ac)
Cu
Cu++
Cu++ SO4=
Recarga
Zn(s)
Zn
(s)
Ánodo
++
-Zn
+
2e
Zn++(ac
+
2e
)
(ac )
Cu
Cu(s)
(s)
++++
Zn
Cu
Zn
(ac) ++Cu
(ac)
(s)(s)
Precisamos
Eº (Zn-Cu)= 1.10 V
Descarga con Potencial Constante
Electrodo Negativo Fácilmente Oxidable
Electrodo Positivo Fácilmente Reducible
Pieter van Musschenbroek (1692-1761)
Botella de Leiden (Condensador):
recipiente de cristal recubierto por metal
en su interior y exterior.
B. Franklin usó en 1752 una botella de
este tipo en su famoso experimento para
demostrar la relación rayo-electricidad.
Luigi Galvani (1737-1798)
Uniendo con un conductor metálico los
nervios lumbares con los músculos
crurales en una anca de rana muerta
recientemente, se producen convulsiones
Galvani: Electricidad Animal.
Las convulsiones se deben a la
electricidad almacenada o
producida en los músculos de la
rana: similar a un condensador.
Alessandro Volta (1745-1827)
Dircrepa con Galvani. El movimiento del músculo se debía a un estímulo
externo: electricidad causada por conectar dos metales: latón e hierro.
Pila de Volta
(Presentada en la Royal Society en 1800)
Alessandro Volta (1745-1827)
Dircrepa con Galvani. El movimiento del músculo se debía a un estímulo
externo: electricidad causada por conectar dos metales: latón e hierro.
Electricidad debida a interacción entre
dos metales distintos
Pila de Volta
(Presentada en la Royal Society en 1800)
Alessandro Volta (1745-1827)
Fabroni: La electricidad en la pila, se debe a la acción química
del agua acidulada, cuyo líquido ha de atacar necesariamente al
zinc para que subsista el flujo eléctrico
¿Quién tenía razón?
Galvani, la electricidad animal existe.
Volta, se crea una diferencia de potencial al poner en
contacto dos sustancias heterogéneas
Fabroni, Principio de la conservación de la energía
Celdas de Concentración
Alessandro Volta (1745-1827)
Volta realiza una demostración del funcionamiento de su pila a Napoleón. G. Bertini
Alessandro Volta (1745-1827)
Fresco de Nicola Cianfanelli (1793-1848) pintado en 1841.
Museo de Física y Ciencias Naturales. Florencia
Alessandro Volta (1745-1827)
Sus investigaciones le llevaron hacer una lista de combinaciones
de metales ordenadas según el efecto producido: Origen de la
Serie Electroquímica
Antes sólo se conocía Electricidad
estática. Máquinas de fricción.
La pila facilitó nuevos avances
científicos: se aislan nuevos cuerpos
como el potasio y el sodio.
Fue la base de los nuevos conocimientos electrodinámicos
desarrollados por Oersted, Ohm y Ampére en los años veinte del
siglo XIX
La Pila de Bagdad
¿Una pila prehistórica? ( aproximadamente del 200 a.C.)
Encontrada en 1936 durante una excavación arqueológica.
John Daniell (1790-1845)
La pila de Volta se descargaba
rápidamente
· 1836 Celda de Daniell
Se considera la primera batería con uso práctico real y fiable.
Se usó para hacer funcionar el telégrafo
John Daniell (1790-1845)
Separa ambas disoluciones
mediante una membrana porosa:
Garganta de Buey.
Uso de Membrana: gran
avance en el desarrollo
de las celdas
electroquímicas
Permite el paso de iones
pero se evitaba la mezcla
de las disoluciones.
Sir William Robert Grove (1811-1896)
Pila de Zn en H2SO4 diluido y Pt
en HNO3 concentrado, separados
por una membrana.
Sir William Robert Grove (1811-1896)
La primera Celda de Combustible 1839
El agua se
descompone en H2 y
O2 al aplicarle una
corriente eléctrica.
Voltaje de 0.6 V
En 1842 Grove conectó 50 de estas pilas en
serie y consiguió un voltaje de 25-30 V
Graves problemas de
corrosión
Georges Leclanché (1839-1882)
Pila de Leclanché (1866)
Georges Leclanché (1839-1882)
Se ha perfeccionado por las aportaciones de muchos científicos:
· Zinc como contenedor y electrodo a la vez.
· Pila Seca (Gassner en 1887 presentó una patente en la que
describía una pasta usada como electrolito y compuesta por
disolución de NH4Cl+ZnO+ yeso).
· Amalgama de Zn-Hg evita pasivación debido a las impurezas
que tiene el MnO2.
· Mismo efecto se logra usando materiales extremadamente puros.
Gran avance en 1940 al obtener el MnO2 mediante electrólisis.
· En 1940 el zinc se recubrió de una película de acero.
· En 1960 uso del ZnCl2 como único electrolito, con lo que se
mejoró enormemente el problema de las fugas del electrolito.
Georges Leclanché (1839-1882)
· Uso de un electrolito alcalino (rico en KOH el 30%) ha supuesto
un gran avance en la mejora de capacidad, almacenamiento y
comportamiento a baja temperatura.
· Uso de polvo de Zn como ánodo, lo que produce una mayor área
superficial permitiendo mayores densidades de corriente en
tamaños menores.
Producción de de pilas de Leclanché:
· En 1868 ≈ 20.000 pilas
· En 1918 varios millones (1.000.000)
· Actualidad varios miles de millones (1.000.000.000)
Georges Leclanché (1839-1882)
Gaston Planté (1834-1889)
Primer prototipo de una celda secundaria o recargable (1859)
Gaston Planté (1834-1889)
Pb(s) + PbO2(s) + 4 H+(ac) + 2SO4=(ac)
2PbSO4(s) + 2H2O
E=2 V
Gaston Planté (1834-1889)
· En 1881 Camile Fauré recubrió los electrodos de plomo con una
pasta de dióxido de plomo y ácido sulfúrico. Aumenta la capacidad y
disminuye el tiempo de producción de los electrodos.
· En 1883 Tudor desarrolló las placas de gran superficie de Pb puro.
Batería de Automóviles
suele llevar 6 pilas
conectadas en serie
produciendo 12 V.
Wadelmar Jungner (1869-1924)
Batería Recargable Alcalina de Ni-Cd (1900)
Thomas Edison (1847-1931)
Edison inspecciona un coche eléctrico
Hacia 1890. Coches Eléctricos. El automóvil de gasolina aún no se fabricaba
Problemas con la Batería de Plomo: Muy pesadas y Baja vida media
Batería Ni-Fe en 1903. Se comienza a producir entre 1905 y 1908.
En 1909 se presenta el Ford T con motor de gasolina.
Baterías de Litio
Baterías de Litio
Baterías de Litio
Baterías de Litio
Solución: Baterías de Ion-Li
Solución: Baterías de Ion-Li
Baterías de Litio
Premio Nobel de Química 2019
Desarrollo de Baterías de Ion-Litio
Stanley Whittingham
Univ. Binghamton
Batería de Li/TiS2
John B. Goodenough
Universidad Texas
Electrodos de
Intercalación: LiCoO2
Akira Yoshino
Universidad de Meijo
Batería de Ion-Li
C(coque)/LiCoO2
Baterías de Litio-Aire.
Comparación del peso de las baterías de Pb-ácido, Li-ion y Li-aire
Tipos de Celdas Electroquímicas.
Otros Métodos de Almacenamiento de Energía
Eléctrica.
· Condensadores.
· Supercondensadores.
· Otros Sistemas de Almacenamiento de Energía
· Aire Comprimido.
· Central Hidroleléctrica Reversible.
· Volante de Inercia.
Descargar