UltraBatería

UltraBattery es una marca registrada de la tecnología de baterías de plomo-ácido comercializada por Furukawa Battery Co. Ltd. UltraBattery tiene capas delgadas de carbono sobre material activo de plomo esponjoso para las placas negativas. La idea original que combina la tecnología de ultracondensadores con la tecnología de baterías de plomo-ácido en una sola celda con un electrolito común surgió de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO).

Las investigaciones realizadas por laboratorios independientes, como el Sandia National Laboratories de Estados Unidos , ^[1] el Advanced Lead-Acid Battery Consortium (ALABC), ^[2] la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) ^[3] y pruebas comerciales de East Penn Manufacturing, Furukawa Battery y Ecoult indican que, en comparación con las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA) convencionales, la tecnología UltraBattery tiene mayores eficiencias energéticas, una vida útil más larga y una aceptación de carga superior en condiciones de estado de carga (SoC) parcial.

La combinación de las dos tecnologías en una sola celda de batería significa que UltraBattery funciona de manera muy eficiente en comparación con las tecnologías de plomo-ácido convencionales ^[4], en gran medida debido al hecho de que puede funcionar durante largos períodos en un estado de carga parcial (pSoC), mientras que las baterías de plomo-ácido convencionales están diseñadas más típicamente para un uso de alto SoC (es decir, cuando la batería está cerca de estar completamente cargada). ^[5] El funcionamiento en el rango de SoC parcial extiende la vida de la batería principalmente al reducir la sulfatación y al reducir el tiempo de funcionamiento en estados de carga muy altos y muy bajos, donde varias reacciones secundarias tienden a causar deterioro. Una batería VRLA convencional tiende a deteriorarse rápidamente cuando funciona en este rango de SoC parcial. ^[5]

La idea original de UltraBattery surgió de CSIRO. ^[6]

El desarrollo de UltraBattery fue financiado por el gobierno australiano. La empresa japonesa Furukawa Battery Co., Ltd también contribuyó al desarrollo de la tecnología UltraBattery, y el gobierno japonés financió parte de su desarrollo a través de la Organización para el Desarrollo de Nuevas Energías y Tecnología Industrial (NEDO).

En 2007, East Penn Manufacturing obtuvo una licencia global para fabricar y comercializar tecnología UltraBattery para aplicaciones motrices y automotrices (en varios territorios) y para aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía (a nivel mundial, fuera de Japón y Tailandia, donde Furukawa Battery es el titular de la licencia principal). ^[7]

El Departamento de Energía de los Estados Unidos también ha financiado UltraBattery para la investigación de aplicaciones de almacenamiento de energía estacionaria a escala de red. En 2007, CSIRO formó una empresa subsidiaria, Ecoult, para abordar este mercado. Ecoult también recibió apoyo del gobierno australiano para promover el desarrollo de Ultrabattery. En mayo de 2010, el fabricante de baterías estadounidense East Penn Manufacturing adquirió Ecoult de CSIRO. ^[8]

En marzo de 2013, el Gobierno australiano anunció más financiación a través del Programa de Energías Renovables Emergentes de la Agencia Australiana de Energías Renovables para seguir desarrollando la tecnología UltraBattery como almacenamiento de energía rentable para sistemas de energía renovable residenciales y comerciales. ^[9]

El principio de almacenamiento de energía de UltraBattery es el mismo que el de una batería de plomo-ácido convencional. Las capas de carbono del electrodo negativo actúan como sitios de reacción para la reducción de iones Pb ²⁺ a Pb(0) y sitios de almacenamiento de iones Pb ²⁺ .

Durante el funcionamiento normal de una batería de plomo-ácido, los cristales de sulfato de plomo crecen en el electrodo negativo durante la descarga y se disuelven nuevamente durante la carga. La formación de estos cristales se denomina sulfatación. Con el tiempo, la sulfatación puede volverse permanente, ya que algunos cristales crecen y se resisten a disolverse. Este es particularmente el caso cuando la batería se ve obligada a funcionar a velocidades de descarga muy altas, lo que tiende a promover el crecimiento de cristales de sulfato de plomo en la superficie del electrodo. A velocidades de descarga moderadas, los cristales de sulfato de plomo crecen en toda la sección transversal de la placa del electrodo (que tiene una consistencia similar a una esponja) ya que el electrolito (ácido sulfúrico diluido) se difunde a través del cuerpo del electrodo para permitir que la reacción pueda tener lugar en toda la placa. ^[10]

Pero a velocidades de descarga muy rápidas, el ácido que ya se encuentra dentro del cuerpo de la placa se consume rápidamente y el ácido fresco no puede difundirse a través del electrodo a tiempo para continuar la reacción. Por lo tanto, la reacción se favorece hacia la pared exterior del electrodo, donde los cristales pueden formarse en una estera densa, en lugar de en grupos dispersos por toda la placa. Esta estera de cristales impide aún más la transferencia de electrolito. Los cristales luego crecen y, debido a que los cristales más grandes tienen un gran volumen en comparación con su área de superficie, se vuelve difícil eliminarlos químicamente durante la carga, en particular porque es probable que la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito sea alta (ya que solo se ha creado una cantidad limitada de sulfato de plomo en la superficie de la placa) y el sulfato de plomo es menos soluble en ácido sulfúrico concentrado (por encima de aproximadamente el 10% de concentración en peso) que en ácido sulfúrico diluido.

Esta condición se denomina a veces sulfatación “dura” del electrodo de la batería. La sulfatación dura aumenta la impedancia de la batería (ya que los cristales de sulfato de plomo tienden a aislar el electrodo del electrolito) y disminuye su potencia, capacidad y eficiencia debido al aumento de reacciones secundarias indeseables, algunas de las cuales ocurren dentro de la placa negativa debido a que la carga se lleva a cabo con baja disponibilidad de sulfato de plomo (dentro del cuerpo de la placa). Un efecto indeseable es la producción de hidrógeno dentro de la placa, lo que reduce aún más la eficiencia de la reacción. La sulfatación “dura” es generalmente irreversible ya que las reacciones secundarias tienden a dominar a medida que se introduce más y más energía en la batería. ^[11]

Para reducir la probabilidad de sulfatación dura, las baterías VRLA convencionales deben descargarse a velocidades específicas, determinadas por varios algoritmos de carga. Además, deben renovarse con frecuencia y son más adecuadas para funcionar en el extremo superior del SoC (entre el 80 % y el 100 % de carga). Si bien el funcionamiento en este estado de carga limitado mitiga la sulfatación permanente en el electrodo negativo, el funcionamiento de la batería exclusivamente en un SoC lleno o cerca de él es altamente ineficiente. La ineficiencia se debe en gran medida al aumento de la incidencia de reacciones secundarias (por ejemplo, electrólisis) que disipan energía.

La presencia del ultracondensador integrado en la UltraBattery actúa para limitar la formación de sulfatación dura dentro de la celda. Esto respalda la capacidad de la batería de funcionar durante largos períodos en un SoC parcial donde la batería funciona de manera más eficiente. Las baterías VRLA convencionales están un tanto limitadas a funcionar en la región ineficiente hacia la parte superior de su capacidad de carga para protegerlas contra daños por sulfatación. La investigación continúa para encontrar las razones por las que la presencia del ultracondensador reduce la sulfatación con tanto éxito. Los resultados experimentales muestran que la presencia de carbono dentro de las celdas VRLA tiene cierto efecto mitigador, pero los efectos protectores del ultracondensador conectado en paralelo dentro de la UltraBattery son mucho más significativos. Hund et al., por ejemplo, descubrieron que los modos de falla típicos de la batería VRLA (pérdida de agua, sulfatación de la placa negativa y corrosión de la rejilla) se minimizan en la UltraBattery. Los resultados de Hund también mostraron que la UltraBattery, utilizada en una aplicación de estado de carga parcial de alta tasa, exhibe una menor formación de gases, una sulfatación dura de la placa negativa minimizada, un rendimiento energético mejorado y una temperatura de operación minimizada en comparación con las celdas VRLA convencionales.

Las capas de plomo esponjoso y carbono forman el electrodo negativo.

La solución electrolítica está compuesta de ácido sulfúrico y agua.

El sulfato de plomo es un cristal o polvo blanco. El funcionamiento normal de la batería de plomo-ácido hace que crezcan pequeños cristales de sulfato de plomo en el electrodo negativo durante la descarga y se disuelvan nuevamente en el electrolito durante la carga.

Los electrodos están construidos con una rejilla de plomo, con un compuesto de material activo a base de plomo ( óxido de plomo ) que forma el resto de la placa positiva.

UltraBattery se puede utilizar para una variedad de aplicaciones de almacenamiento de energía, como:

• En las baterías de los vehículos eléctricos (VE)
• Para almacenar energía renovable y facilitar el suministro de electricidad a partir de fuentes de energía intermitentes
• Como parte de sistemas de energía híbridos eficientes con generadores eléctricos de combustibles fósiles ^[12]
• Proporcionar servicios auxiliares a las redes eléctricas .

UltraBattery es prácticamente 100 por ciento reciclable y puede fabricarse en instalaciones de fabricación de baterías existentes. ^[7]

Cuando se utiliza en vehículos eléctricos híbridos, el ultracondensador de UltraBattery actúa como un amortiguador durante la descarga y carga de alta velocidad, lo que le permite proporcionar y absorber carga rápidamente durante la aceleración y el frenado del vehículo. ^[13]

Las pruebas del rendimiento de Ultrabattery en vehículos eléctricos híbridos realizadas por Advanced Lead Acid Battery Consortium lograron más de 100.000 millas con un solo paquete de baterías sin degradación significativa. ^[2] Los resultados de laboratorio de los prototipos de UltraBattery muestran que su capacidad, potencia, energía disponible, arranque en frío y autodescarga cumplen o superan todos los objetivos de rendimiento establecidos para vehículos eléctricos híbridos con asistencia de potencia mínima y máxima.

UltraBattery se puede utilizar para suavizar y cambiar (es decir, almacenar para uso posterior) fuentes de energía renovable en microrredes para mejorar la disponibilidad de energía predecible. UltraBattery también se puede utilizar en sistemas de microrredes independientes, sistemas de energía renovable y microrredes híbridas. Los sistemas de microrredes independientes combinan diésel u otros combustibles fósiles con almacenamiento UltraBattery para mejorar la eficiencia de la generación de energía a partir de combustibles fósiles. Incluir almacenamiento de energía en el sistema reduce el tamaño del grupo electrógeno (es decir, el conjunto de generadores) porque las baterías pueden manejar picos en la carga. UltraBattery también reduce el consumo de combustible del grupo electrógeno, b

Los sistemas de energía renovable combinan la tecnología UltraBattery con la fuente de generación renovable para suministrar energía local. Las microrredes híbridas integran fuentes de generación renovable con almacenamiento de energía UltraBattery y grupos electrógenos de combustible fósil para maximizar la eficiencia de la generación de carga base. Esto puede reducir en gran medida el costo de la energía en comparación con las microrredes alimentadas únicamente con diésel. También reducen sustancialmente las emisiones de gases de efecto invernadero. Un ejemplo de este tipo de microrredes es el Proyecto de Integración de Energía Renovable de King Island (KIREIP), ^[14] que está llevando a cabo Hydro Tasmania. Este proyecto de energía renovable a escala de megavatios tiene como objetivo reducir tanto el costo de suministrar energía a la isla como la contaminación de carbono. ^[12]

UltraBattery se puede utilizar como respaldo de un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS). En los sistemas UPS convencionales, las baterías permanecen prácticamente sin uso hasta que se produce un corte de la red. Debido a que UltraBattery puede proporcionar regulación de frecuencia y servicios de red relacionados, puede generar ingresos para el propietario del activo UPS al mismo tiempo que proporciona energía de respaldo. ^[15]

Para aplicaciones comunitarias, UltraBattery puede utilizarse como respaldo en caso de corte de suministro eléctrico (consulte la Sección 5.1) y para el recorte de picos. El recorte de picos, también conocido como "recorte de picos", es la capacidad de cargar baterías durante el horario de menor demanda y utilizar la energía de las baterías durante los horarios de mayor demanda para evitar cargos más altos por electricidad. Otro ejemplo de una aplicación comunitaria es un sistema de demostración de red inteligente de 300 kW instalado por Furukawa Battery en el área de Maeda en Kitakyushu, Japón. Esta aplicación de nivelación de carga utiliza 336 celdas UltraBattery (1000 Ah, 2 voltios). La empresa también ha instalado dos demostraciones de red inteligente de la tecnología de desplazamiento de picos UltraBattery en el Museo de Historia Natural e Historia Humana de Kitakyushu. ^[16]

En Japón, la corporación Shimizu ha instalado una microrred (véase la sección 5.2) en un edificio comercial. El sistema de "edificio inteligente", que incluye 163 celdas UltraBattery (500 Ah, 2 voltios), también controla el voltaje, la impedancia y la temperatura de las celdas. Un segundo sistema, instalado en la fábrica Iwaki de Furukawa Battery, incorpora 192 celdas UltraBattery, un sistema de acondicionamiento de energía de 100 kW y un sistema de gestión de baterías. Esta aplicación de nivelación de carga se instaló para controlar la demanda de energía de la fábrica.

Para aplicaciones residenciales, el uso local de energía solar en azotea podría mejorarse utilizando UltraBattery para almacenar energía para uso del residente que es dueño de los paneles y suministrar energía o servicios de regulación a la red durante picos de alto valor.

UltraBattery puede gestionar la variabilidad de las redes eléctricas de cinco maneras principales: regulación de frecuencia, integración de energía renovable (suavizado y desplazamiento), reserva giratoria, control de velocidad de rampa y calidad de la energía y soporte de red débil.

Las redes eléctricas deben gestionar las fluctuaciones constantes de la oferta y la demanda de energía para mantener una frecuencia constante y así mantener el funcionamiento físico de la red. UltraBattery puede absorber y entregar energía a la red para ayudar a gestionar el equilibrio entre la oferta y la demanda, y para mantener un voltaje constante. Ecoult implementó un sistema de almacenamiento de energía a escala de red que proporciona 3 MW de servicios de regulación en la red de la interconexión Pensilvania-Jersey-Maryland (PJM) en los Estados Unidos. Cuatro cadenas de celdas UltraBattery están conectadas a la red en la estación Lyon, Pensilvania. El proyecto proporciona servicios de regulación de frecuencia continua que se licitan en el mercado abierto en PJM.

La tecnología UltraBattery se puede utilizar para integrar fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, en la red eléctrica, controlando las fluctuaciones en la producción renovable. Esto se logra "suavizando" y "desplazando" la energía.

El suavizado convierte la variabilidad inherente de la energía de los paneles fotovoltaicos o turbinas eólicas en una señal uniforme y predecible. El sistema monitorea la salida de la fuente renovable intermitente y, cuando la señal solar (o eólica) varía, UltraBattery responde de inmediato para liberar energía o absorber el exceso de energía. Gestionar la variabilidad de la señal renovable de esta manera hace que la energía renovable sea más confiable.

El cambio de energía se refiere a la capacidad de UltraBattery de almacenar el exceso de energía producida por recursos renovables en períodos de baja demanda y luego liberarla cuando sea necesaria durante períodos de máxima demanda. Esto permite a las empresas eléctricas mejorar el rendimiento general de su sistema en los períodos de máxima demanda.

PNM, la empresa eléctrica líder de Nuevo México, Estados Unidos, ha integrado un sistema de almacenamiento de energía UltraBattery con un parque generador de energía solar para demostrar la suavización y el desplazamiento de la energía solar para su uso como recurso renovable despachable. El proyecto PNM Prosperity presenta una de las mayores combinaciones de energía fotovoltaica y almacenamiento de baterías con paneles solares de los Estados Unidos.

Muchos despliegues a pequeña escala de paneles fotovoltaicos en azoteas tienden a multiplicar el efecto de la intermitencia de la generación solar, lo que crea un problema para los operadores de la red. [REF] El almacenamiento de energía UltraBattery se ha utilizado para reducir la intermitencia de las energías renovables al aumentar la potencia en la red eléctrica de manera controlada, lo que hace que la energía generada a partir de energías renovables sea más predecible.

UltraBattery tiene cinco características principales que forman puntos de diferencia entre esta tecnología y la tecnología de batería VRLA convencional: mayor capacidad de rotación, menor costo de vida útil por kilovatio hora, mayor eficiencia CC-CC, menos cargas de actualización requeridas y mayor tasa de aceptación de carga.

La rotación de capacidad es una medida de cuántas veces se puede utilizar la capacidad teórica de una batería durante su vida útil.

Cuando se comparan UltraBattery y VRLA estándar (usados ​​en un régimen SoC parcial) en condiciones experimentales, se ha demostrado que UltraBattery logra aproximadamente 13 veces la capacidad de rotación de una batería VRLA con fibra de vidrio absorbida estándar. ^[1]

La vida útil de una batería depende de cómo se la utiliza y de cuántos ciclos de carga y descarga se la somete. En una situación en la que las baterías se someten a cuatro ciclos del 40 % por día y donde el rendimiento es el factor limitante de la vida útil, UltraBattery durará aproximadamente tres o cuatro veces más que una batería VRLA convencional. ^[5]

El CSIRO afirma que “la UltraBattery es aproximadamente un 70 por ciento más barata de fabricar que baterías con un rendimiento comparable y se puede fabricar utilizando instalaciones de fabricación existentes”. ^[6]

La eficiencia CC-CC de una batería describe la cantidad de energía disponible para ser descargada a la carga conectada a una batería como proporción de la cantidad de energía que se introduce en la batería durante la carga. Durante la carga y la descarga, parte de la energía almacenada de la batería se pierde en forma de calor y parte se pierde en reacciones secundarias. Cuanto menores sean las pérdidas de energía de una batería, más eficiente será.

Los desarrolladores de UltraBattery afirman que puede alcanzar una eficiencia CC-CC del 93-95 % (dependiendo de la velocidad) al realizar aplicaciones de gestión de variabilidad en un régimen SoC parcial, dependiendo de la velocidad de descarga, y del 86-95 % (dependiendo de la velocidad) al realizar aplicaciones de cambio de energía. En comparación, las baterías VRLA estándar aplicadas al cambio de energía (utilizando el típico régimen de carga máxima) logran eficiencias mucho más bajas; por ejemplo, en estados de carga del 79 % al 84 %, las pruebas muestran eficiencias de alrededor del 55 %. ^[17]

La alta eficiencia de CC-CC de UltraBattery se puede lograr porque (al igual que las baterías VRLA convencionales) funciona de manera muy eficiente por debajo del 80 % de SOC. Los experimentos indican que para las baterías VRLA "desde cero SOC hasta el 84 % de SOC, la eficiencia de carga general promedio de la batería es del 91 %". Mientras que las baterías VRLA convencionales no pueden tolerar el funcionamiento en este rango durante un período de tiempo significativo sin una renovación frecuente, UltraBattery puede tolerar el funcionamiento en estados de carga mucho más bajos sin una degradación significativa. Por lo tanto, puede lograr eficiencias mucho mayores, ya que puede funcionar durante períodos prolongados en la zona más eficiente para baterías de plomo-ácido.

Durante el funcionamiento, las baterías VRLA convencionales deben recargarse (sobrecargarse) para disolver los cristales de sulfato que se han acumulado en el electrodo negativo y reponer la capacidad de la batería. La recarga de la batería también ayuda a que las celdas de la batería en la cadena (cuando se utilizan varias baterías juntas) vuelvan a tener un voltaje de funcionamiento constante. Sin embargo, el proceso de sobrecarga se complica por el hecho de que no solo la batería está fuera de servicio durante los ciclos de recarga, sino que las altas corrientes necesarias para completar el proceso de sobrecarga (dentro de un plazo razonable) también son la causa de varias pérdidas parásitas. Estas incluyen pérdidas térmicas y pérdidas debidas a varias reacciones secundarias (principalmente, evolución de hidrógeno, evolución de oxígeno y corrosión de la rejilla).

Las baterías UltraBattery pueden funcionar sin una carga de actualización durante períodos prolongados. Para aplicaciones de ciclos estacionarios, como energía renovable o soporte de la red, esto puede demorar entre uno y cuatro meses, según la carga de trabajo; las baterías VRLA estándar en las mismas aplicaciones necesitan una recarga cada una o dos semanas si se realizan ciclos diarios, y el rendimiento se deteriora rápidamente incluso con ciclos de recarga semanales. ^[5]

En aplicaciones automotrices en un vehículo eléctrico híbrido , las UltraBatteries pueden funcionar de manera más o menos continua en un régimen SoC parcial sin necesidad de recarga. Furukawa informa: “En la prueba de conducción en campo del vehículo eléctrico híbrido Honda Insight con un paquete UltraBattery instalado, se logró un recorrido objetivo de 100.000 millas (aproximadamente 160.000 km) sin la carga de recuperación. ^[18]

Debido a que UltraBattery opera de manera efectiva en el rango de SoC parcial, puede aceptar carga de manera más eficiente que las baterías VRLA convencionales, que generalmente operan en estados altos de carga. Las pruebas del Laboratorio Nacional Sandia muestran que las baterías VRLA generalmente alcanzan una eficiencia menor al 50 % con más del 90 % de carga, una eficiencia de alrededor del 55 % entre el 79 % y el 84 % de carga, y más del 90 % de eficiencia si se cargan entre cero y el 84 % de la capacidad total. ^{[17] [1]} En comparación con las baterías VRLA convencionales, UltraBattery se puede cargar de manera eficiente y a altas tasas de carga/descarga. Los resultados de la prueba de Hund et al. mostraron que Ultrabattery pudo realizar ciclos a la tasa 4C1 durante aproximadamente 15 000 ciclos. La batería VRLA que utilizó este procedimiento de prueba solo pudo realizar ciclos a la tasa 1C1. Una tasa 1C indica que se usaría toda la capacidad de la batería (o se reemplazaría si se carga) en una hora a esta tasa. Una tasa de 4C es cuatro veces más rápida, es decir, la batería se descargaría completamente (o se cargaría) en 15 minutos a la tasa de 4C.

El proceso químico exacto por el cual el carbono retrasa de manera tan significativa la sulfatación no se comprende completamente. Sin embargo, la presencia del ultracondensador paralelo de UltraBattery aparentemente protege el terminal negativo de la gran preponderancia superficial de los cristales de sulfato de plomo que afecta a las baterías VRLA operadas a altas tasas de descarga o durante largos períodos en funcionamiento pSoC, lo que aumenta la capacidad de recarga de la celda (ver también Sulfatación dura). La sulfatación reducida también mejora significativamente la aceptación de carga al reducir la producción de gas hidrógeno en el electrodo. Esto no es inesperado ya que la producción excesiva de gas hidrógeno (que roba energía significativa del proceso de carga) se produce cuando los electrones empujados hacia la placa negativa durante la carga (que generalmente reaccionarían con los cristales de sulfato de plomo dentro de la placa) no pueden reaccionar fácilmente con grandes cristales de sulfato de plomo en la superficie de la placa, por lo que en su lugar tienden a reducir los abundantes iones de hidrógeno del electrolito a gas hidrógeno.

UltraBattery es fabricado por East Penn Manufacturing en Estados Unidos, según los requisitos globales de las normas de certificación ISO 9001:2008, ISO/TS 16949:2009 e ISO 14001:2004.

La solución electrolítica de UltraBattery contiene H2SO4 _{en agua y sus electrodos de} plomo son inertes. Como el electrolito está compuesto principalmente de agua, UltraBattery es ignífuga. Las UltraBattery tienen las mismas restricciones de transporte y riesgo que las baterías VRLA convencionales .

Cada componente de cada UltraBattery (plomo, plástico, acero y ácido) es prácticamente 100% reciclable para su posterior reutilización. Ya existen instalaciones de reciclaje a gran escala para estas baterías y el 96% de las baterías de plomo-ácido que se utilizan en los EE. UU. se reciclan. ^[19] Los fabricantes de baterías recuperan y separan el plomo, los plásticos y el ácido de las baterías VRLA. El plomo se funde y se refina para su reutilización. Las piezas de plástico se limpian, se muelen, se extruyen y se moldean para formar nuevas piezas de plástico. El ácido se recupera, se limpia y se utiliza en baterías nuevas.

Se han realizado pruebas en laboratorios independientes, así como en East Penn Manufacturing, Furukawa y Ecoult, para comparar el rendimiento de UltraBattery con las baterías VRLA convencionales.

Las baterías de vehículos eléctricos microhíbridos se probaron con un SoC del 70 % en un patrón de carga-descarga por pulsos. UltraBattery tenía aproximadamente 1,8 veces más capacidad de renovación y, por lo tanto, una vida útil mayor que una batería VRLA convencional. ^[4]

El Consorcio de Baterías Avanzadas de Plomo Ácido (ALABC) probó la durabilidad de UltraBattery en el funcionamiento a alta velocidad y con estado de carga parcial de un vehículo eléctrico híbrido Honda Civic. El vehículo de prueba tuvo un rendimiento de millas por galón comparable al del mismo modelo alimentado por baterías de Ni-MH. ^[2]

En condiciones de uso en vehículos eléctricos híbridos, semihíbridos y completos, el rendimiento cíclico de la UltraBattery fue al menos cuatro veces más prolongado que el de las baterías VRLA de última generación convencionales y fue comparable o incluso mejor que el de las celdas Ni-MH. La UltraBattery también demostró una buena aceptación de la carga del frenado regenerativo, por lo que no requirió cargas de ecualización durante la prueba de campo.

Las pruebas de eficiencia en Wh (vatios-hora) de UltraBattery en una aplicación estacionaria para una red eléctrica inteligente mostraron que, en más de 30 ciclos de carga y descarga a tasas de 0,1 C10A, las eficiencias en Wh oscilaron entre el 91 % y el 94,5 %, dependiendo del estado de carga de la batería. [REF] Esto se compara con un estudio de Sandia National Laboratories sobre la eficiencia de las baterías de plomo-ácido que descubrió que las baterías de plomo-ácido tradicionales que funcionan entre el 79 % y el 84 % del estado de carga (el modo de carga "máximo" al que generalmente se limitan las baterías de plomo-ácido tradicionales para prolongar su vida útil) logran solo un 55 % de eficiencia de carga incremental. ^[17]

Las baterías se sometieron a pruebas de carga y descarga de 3 horas con un estado de carga del 60 %, con una carga de recuperación de 20 horas realizada cada 90 ciclos. Las pruebas de capacidad mostraron que después de 270 ciclos, la relación de capacidad de UltraBattery era igual o superior al 103 %, en comparación con el 93 % de una batería de almacenamiento de plomo convencional. Las pruebas mostraron que UltraBattery tenía una vida útil más larga y mejores características de carga de recuperación que la batería convencional cuando funcionaba en un estado de carga parcial.

Se realizaron pruebas de ciclos de estado de carga parciales a alta velocidad para medir la capacidad de UltraBattery para su uso en aplicaciones de servicios auxiliares de servicios públicos para el almacenamiento de energía y la estabilización de la energía de los parques eólicos. Utilizando un perfil de ciclos de estado de carga parciales a alta velocidad a una velocidad de 1C1 a 4C1, UltraBattery fue capaz de realizar más de 15 000 ciclos con una pérdida de capacidad inferior al 20 % y podía realizar ciclos a una velocidad de 4C1. Una batería VRLA con fibra de vidrio absorbente (AGM) probada en las mismas condiciones solo podía realizar ciclos a una velocidad de 1C1, requería una carga de recuperación después de unos 100 ciclos y, después de 1100 ciclos, perdió más del 20 % de su capacidad. UltraBattery también pudo realizar ciclos durante más de diez veces la cantidad de ciclos entre cargas de recuperación que la batería VRLA AGM (1000 frente a 100).

En un ensayo de campo en un parque eólico de Hampton, Nueva Gales del Sur (Australia), se está probando un sistema diseñado para demostrar el uso del almacenamiento de energía para abordar la intermitencia a corto plazo de la generación eólica. En el ensayo se comparó el rendimiento de la UltraBattery y otros tres tipos de baterías de plomo-ácido para aplicaciones de suavizado de energía renovable. Las mediciones de las variaciones en el voltaje de las celdas en cada cadena de 60 celdas conectadas en serie mostraron que la UltraBattery tuvo una variación mucho menor durante un período de 10 meses (un aumento del 32% en la desviación estándar de la variación del rango de voltaje, en comparación con el 140%–251% de los otros tres tipos de baterías).

Las pruebas realizadas por Sandia National Laboratories muestran que la UltraBattery funciona durante mucho más tiempo que las baterías VRLA convencionales en ciclos de servicio . El perfil de ciclo en estas pruebas tenía como objetivo imitar el trabajo de regulación de frecuencia con aproximadamente 4 ciclos por hora con una potencia máxima destinada a proporcionar un rango de SoC que se espera que sea típico. Los resultados mostraron que una batería VRLA convencional (que funcionaba en un estado de carga parcial (PSoC) y una profundidad de descarga del 10%) cayó al 60% de su capacidad inicial después de aproximadamente 3000 ciclos. En la misma prueba, una UltraBattery fabricada por East Penn funcionó durante más de 22.000 ciclos, manteniendo esencialmente el 100% de su capacidad inicial sin haber recibido una carga de recuperación. ^[5]

Las pruebas también demostraron que UltraBattery funciona durante mucho más tiempo que las baterías VRLA convencionales en aplicaciones energéticas, como se muestra en una prueba de ciclo de vida híbrido fotovoltaico simulado realizada por Sandia National Laboratories. La prueba concluyó que incluso con cargas deficitarias de 40 días (ciclos en los que se extrae más de la batería cada día de lo que se devuelve), las UltraBattery tienen un rendimiento que supera con creces a las baterías VRLA tradicionales, incluso cuando estas funcionan con regímenes de carga deficitaria de solo 7 días. En un régimen de carga deficitaria no hay recuperación por carga decreciente, también conocida como actualización/ecualización de las baterías, por lo que la sulfatación es un modo de falla típico de las baterías VRLA convencionales en este régimen operativo.

Después de 100 días de ciclos con una profundidad de descarga del 60 %, una batería VRLA convencional que recibía un ciclo de renovación cada 30 días había caído al 70 % de su capacidad inicial. Dos unidades UltraBattery (una fabricada por Furukawa y otra por East Penn) que experimentaron cada una 40 días de cargas de déficit seguían teniendo un rendimiento significativamente mejor que la batería VRLA tradicional, que recibía actualizaciones más frecuentes (solo experimentó una carga de déficit máxima de 7 días). Después de 430 días de ciclos, la East Penn UltraBattery y la Furukawa UltraBattery todavía no habían fallado. La East Penn Battery mantenía el 85 % de su capacidad inicial y la batería Furukawa estaba muy cerca del 100 % de su capacidad inicial.

• Lista de tipos de baterías

• Agencia Australiana de Energías Renovables
• CSIRO Australia