Methodology for the techno-economic assessment of second life lithium-ion batteries

Resumen

En la última década, el desarrollo de los sistemas de almacenamiento energético (Energy Storage System, ESS) les ha hecho destacar como la tecnología que revolucionará los medios actuales del transporte, y el paradigma de la producción y consumo de la electricidad. En este contexto, las baterías de Litio-ion (Li-ion) aparecen como la solución principal entre las diferentes tecnologías disponibles de almacenamiento electroquímico, principalmente por su sobresaliente densidad energética, potencia y ciclabilidad. Sin embargo, el elevado coste de las baterías de Li-ion, continúa obstaculizando su adopción como solución principal en sistemas de electro-movilidad y en ESS estacionarios conectados a la red. En la mayoría de aplicaciones de electro-movilidad, el balance entre peso, volumen y capacidades energéticas de los ESS tiene que ser cuidadosamente evaluado. Por ello, al alcanzar cierto nivel de degradación de las baterías, el ESS a bordo deja de ser válido para propósitos automovilísticos y es necesario que sea retirado del vehículo eléctrico (Electric Vehicle, EV). No obstante, dichas baterías siguen siendo aptas para su utilización en aplicaciones de almacenamiento menos exigentes. Reutilizar esas baterías de Li-ion para una nueva aplicación incrementa su valor residual en el momento que se retiran de la aplicación automotriz. Por lo tanto, las llamadas baterías de segunda vida han sido consideradas una de las claves posibles para reducir los costes iniciales de las baterías de los EV. Además, estas baterías de segunda vida, representan una alternativa económicamente más asequible que implementar baterías nuevas de Li-ion en esas aplicaciones menos exigentes. El concepto de batería de segunda vida implica un escenario complejo, en el cual intervienen varios actores y grupos de interés en una cadena de valor que integra tanto su uso automovilístico (como primera vida), como su uso post-automovilistico (segunda vida), típicamente en aplicaciones estacionarias conectadas a red. Asimismo, la viabilidad técnica para reutilizar baterías de EV depende considerablemente del comportamiento de las mismas. En la literatura publicada hasta la fecha, la viabilidad de las baterías de segunda vida es analizada desde una perspectiva técnica, económica o medioambiental. Sin embargo, el concepto de baterías de segunda vida está todavía en un estado de madurez temprana, y la relevancia de cómo se comportan y degradan dichas baterías es frecuentemente subestimada. Este trabajo de Tesis propone una innovadora metodología para la valoración tecno-económica de las baterías de Li-ion de segunda vida, evaluando experimentalmente las cualidades de las mismas. Los resultados de esas labores experimentales son empleados después para evaluar la influencia que el comportamiento y la degradación de estas baterías podría llegar a tener sobre su rentabilidad y los beneficios económicos alcanzables en cualquier aplicación objetivo. Esta metodología se basa en cuatro etapas principales: • Etapa Preliminar 0: Análisis de las aplicaciones. • Etapa 1: Envejecimiento de las baterías en primera vida. • Etapa 2: Evaluación del comportamiento y degradación de las baterías en segunda vida. • Etapa 3: Dimensionamiento del sistema de almacenamiento de energía basado en baterías de segunda vida y análisis económico.