Seguridad y estabilidad térmica en los sistemas estacionarios de almacenamiento de energía (BESS)

Temperatura de inicio de la fuga térmica y comportamiento de propagación: LFP frente a NMC

Cuando se trata de estabilidad térmica, las baterías de fosfato de litio y hierro (LFP) destacan frente a las opciones de níquel-manganeso-cobalto (NMC), lo que las hace mucho más seguras para su uso en sistemas estacionarios de almacenamiento de energía eléctrica mediante baterías (BESS, por sus siglas en inglés). La fuga térmica ocurre alrededor de los 270 grados Celsius en las baterías LFP, una temperatura muy superior al rango de 150–200 grados Celsius en el que comienzan a fallar las baterías NMC. Esta diferencia se debe a los enlaces fosfato-oxígeno más fuertes presentes en las baterías LFP y a la liberación mínima de oxígeno durante su descomposición. ¿Cuál es la ventaja práctica? Las celdas LFP generan aproximadamente un 80 % menos de gases inflamables que sus homólogas y disipan el calor a una velocidad de 5 grados Celsius por segundo o menos cuando ocurre un fallo, por lo que los incendios no se propagan fácilmente de una celda a otra. Por otro lado, las baterías NMC experimentan reacciones de combustión rápida y emiten gases que requieren múltiples capas de protección, incluidos sistemas de refrigeración líquida, instalaciones adecuadas de ventilación e incluso mecanismos de supresión de incendios, únicamente para evitar reacciones en cadena una vez que una sola celda se sobrecalienta.

Implicaciones a nivel de sistema: Cómo la complejidad de la gestión térmica afecta la fiabilidad y los gastos operativos (OPEX)

La estabilidad térmica integrada en los materiales LFP hace que sea mucho más fácil gestionar los problemas de calor y, en general, conduce a una mayor fiabilidad con el paso del tiempo. La mayoría de las instalaciones basadas en NMC requieren sistemas complejos de refrigeración líquida, junto con medidas adicionales de seguridad, simplemente para evitar situaciones peligrosas de sobrecalentamiento. Sin embargo, las soluciones de almacenamiento energético basadas en LFP suelen funcionar correctamente con métodos sencillos de refrigeración por aire o incluso con circuitos básicos de refrigeración líquida. Estas diferencias se traducen en ahorros reales de dinero. Los datos lo confirman claramente: los sistemas NMC terminan costando entre un 30 % y un 50 % más en gastos operativos debido a su elevado consumo de energía para refrigeración, a la necesidad de supervisar constantemente sus componentes y a la inclusión de todas esas funciones redundantes de seguridad. Las pruebas en condiciones reales indican que los sistemas LFP experimentan aproximadamente un 20 % menos de paradas inesperadas y requieren revisiones de mantenimiento con menor frecuencia. Para instalaciones donde los fallos del sistema no son una opción y la previsión presupuestaria es fundamental, estas características de rendimiento convierten a las baterías LFP en opciones prácticas, pese a lo que algunos podrían considerar sus limitaciones.

Nota: No se incluyeron enlaces externos, ya que ninguna fuente autorizada (authoritative=true) cumplió los criterios de relevancia según las normas globales.

Ciclo de vida y degradación a largo plazo en sistemas reales de almacenamiento de energía

Degradación bajo ciclos de carga parcial (por ejemplo, autoconsumo solar, arbitraje de red)

Cuando se trata de ciclado a estado de carga parcial —algo que observamos constantemente en sistemas de energía solar e instalaciones de almacenamiento en la red— las baterías de litio hierro fosfato (LFP) destacan claramente frente a las alternativas de níquel manganeso cobalto (NMC). La mayoría de estas aplicaciones extraen energía solo parcialmente, manteniéndose habitualmente entre el 20 % y el 80 % de carga durante todo su ciclo operativo. Este tipo de uso ejerce una tensión muy reducida sobre la estable estructura olivínica que constituye los cátodos LFP. Al analizar datos reales de rendimiento, las baterías LFP tienden a perder capacidad a aproximadamente la mitad de la velocidad de las baterías NMC cuando se someten a condiciones similares de estado de carga parcial (PSOC). Según el informe de BloombergNEF de 2023, una batería LFP conservará aún más del 80 % de su capacidad original tras completar 4.000 ciclos de carga con una profundidad de descarga del 50 %, mientras que la mayoría de las baterías NMC alcanzan esa misma marca tras apenas unos 2.000 ciclos. La situación empeora aún más para las baterías NMC en escenarios donde se cargan y descargan constantemente en pequeños incrementos. Su estructura de cátodo de óxido estratificado tiende a agrietarse con el tiempo, especialmente debido a su curva de voltaje más pronunciada y a su mayor sensibilidad a los cambios de temperatura ambiente.

Datos de rendimiento en campo (2020–2024): vida útil media utilizable de las baterías LFP frente a NMC en sistemas de almacenamiento de energía para residencias y sectores comercial e industrial (BESS)

Los datos del mundo real procedentes de 12 000 instalaciones (2020–2024) confirman la ventaja de durabilidad de las baterías LFP en todos los segmentos de aplicación:

*Definida como los años transcurridos hasta alcanzar una retención de capacidad del 80 %

Las diferencias entre los sistemas C&I se vuelven realmente evidentes porque realizan ciclos con mayor frecuencia y están expuestos constantemente a temperaturas variables. En el caso de las baterías NMC, su dependencia del cobalto hace que comiencen a degradarse más rápidamente una vez que la temperatura supera los 25 grados Celsius. Las pruebas en condiciones reales muestran que estas baterías pierden aproximadamente un 2,1 % de su capacidad cada año, frente al 1,2 % que pierden las baterías LFP en condiciones climáticas normales. Al analizarlo a lo largo de quince años, esto significa, de hecho, reemplazar las baterías LFP un 40 % menos frecuentemente que las baterías NMC, lo que reduce tanto el gasto en nuevas baterías como el tiempo perdido durante las intervenciones de mantenimiento. Además, las baterías LFP soportan mejor el calor, por lo que tienen una mayor duración en espacios reducidos donde resulta imposible o demasiado costoso instalar sistemas de refrigeración adecuados.

Coste total de propiedad: Coste inicial, costo nivelado de energía (LCOE) y economía de materiales

NMC, dependiente de cobalto, frente a LFP, abundante en fosfato de hierro: Coste de materias primas y resiliencia de la cadena de suministro

Las cadenas de suministro de las baterías NMC presentan algunos problemas graves en cuanto a estabilidad, principalmente debido a la impredecibilidad de los precios del cobalto y al origen político de la mayor parte del cobalto mundial. Observen lo ocurrido con los precios del cobalto: se dispararon de forma espectacular, con variaciones superiores al trescientos por ciento entre 2020 y 2024, según datos de Benchmark Mineral Intelligence del año pasado. Este tipo de fluctuaciones extremas dificulta considerablemente que los fabricantes planifiquen adecuadamente sus presupuestos. Por otro lado, la tecnología LFP evita por completo estos problemas, ya que utiliza hierro y fosfato en lugar de cobalto. Estos materiales son mucho más fáciles de obtener en distintas regiones del mundo, y ya existe una infraestructura minera bien establecida para ellos, lo que no plantea demasiadas preocupaciones éticas. ¿Cuál es la conclusión? Las empresas pueden reducir aproximadamente un treinta por ciento los costes de materias primas, además de evitar las complejas cuestiones éticas asociadas a las operaciones mineras artesanales de cobalto. Wood Mackenzie informó, ya en 2023, que las cadenas de suministro LFP enfrentan aproximadamente un cuarenta por ciento menos de riesgo derivado de la inestabilidad política en comparación con las cadenas de suministro NMC. Esta menor vulnerabilidad otorga a los inversores una mayor tranquilidad respecto a las perspectivas de financiación a largo plazo y garantiza que los componentes estarán efectivamente disponibles cuando sean necesarios.

Comparación del coste nivelado de la electricidad (LCOE) a lo largo de una vida útil del sistema de 10 años

Las baterías LFP tienden a tener un coste nivelado de la electricidad (LCOE) más bajo, que mide cuánto cuesta producir cada kilovatio hora con el paso del tiempo, incluso aunque su precio inicial sea ligeramente superior. Es cierto que las baterías NMC son más baratas desde el principio, aproximadamente un 15 % a un 20 % menos. Sin embargo, al analizarlas con mayor profundidad, las baterías LFP tienen una mayor duración, con unos 6 000 ciclos frente a los aproximadamente 4 000 de las NMC. Además, las LFP se degradan más lentamente durante las operaciones con estado de carga parcial y no requieren tanto control térmico. Según una investigación del NREL publicada el año pasado, las baterías LFP arrojan, en efecto, valores de LCOE un 10 % a un 15 % mejores tras diez años cuando se utilizan para almacenamiento eléctrico a gran escala en la red. En términos prácticos, las empresas que instalan sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías pueden ahorrar entre 120 000 y 180 000 dólares por megavatio hora instalado, ya que sustituyen sus sistemas con menor frecuencia y destinan menos recursos a los requisitos de refrigeración.

Compromisos entre densidad energética, huella y entrega de potencia

Impacto de la densidad volumétrica y gravimétrica en instalaciones comerciales con restricciones de espacio

En los sistemas comerciales de almacenamiento de energía mediante baterías, la cantidad de energía almacenada por litro es realmente decisiva para determinar si una solución es viable o no. Esto es especialmente cierto en las ciudades, donde cada metro cuadrado cuenta, como ocurre en centros comerciales o grandes instalaciones logísticas. Comparemos, por ejemplo, las baterías NMC con las LFP: las de tipo NMC almacenan entre un 30 % y un 50 % más de energía en el mismo volumen. Hablamos de aproximadamente 350 a 500 Wh/L, frente a tan solo 200 a 300 Wh/L en el caso de las LFP. Esta diferencia resulta crucial cuando se trata de integrar todos los componentes en espacios reducidos. Por su parte, la densidad gravimétrica —que mide la energía por kilogramo— sí influye en la cantidad de soporte estructural que podría requerirse. Sin embargo, en realidad la mayoría de los usuarios no otorgan demasiada importancia al peso durante la instalación de estos sistemas, ya que normalmente se fijan de forma permanente.

Cuando se trata de instalar paneles solares sobre edificios ya existentes o de realizar reformas donde simplemente no hay espacio adicional disponible para trabajar, las baterías NMC suelen ser una opción más sensata que las LFP, pese a su mayor costo total de propiedad. Según una investigación publicada el año pasado sobre sistemas de red, la implementación de baterías LFP requiere entre un 25 % y casi un 40 % más de espacio para almacenar la misma cantidad de energía. Esto se traduce en un aumento aproximado de quince a treinta dólares por kilovatio-hora en los costos de instalación, ya que todos los demás componentes también resultan más costosos al tener que distribuirse sobre áreas mayores. No obstante, cabe destacar que las opciones de litio hierro fosfato siguen siendo contendientes muy sólidos para fábricas y nuevos desarrollos, donde la abundancia de terreno libre hace que el tamaño sea menos relevante. A lo largo de años de operación, esas características de seguridad, junto con una mayor vida útil y menores costos de mantenimiento continuo, otorgan a las baterías LFP propuestas de valor reales que van acumulándose progresivamente.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las principales diferencias en estabilidad térmica entre las baterías LFP y NMC?

Las baterías LFP tienen una temperatura más alta de descontrol térmico, de aproximadamente 270 grados Celsius, frente a los 150-200 grados Celsius de las baterías NMC. Las celdas LFP generan aproximadamente un 80 % menos de gas inflamable y liberan calor a una velocidad más lenta, lo que las hace más seguras en sistemas de almacenamiento de energía estacionarios (BESS).

¿Cómo afectan las baterías LFP los gastos operativos totales (OPEX)?

Debido a su mayor estabilidad térmica, las baterías LFP requieren sistemas de refrigeración y medidas de seguridad menos complejos. Esto se traduce en una reducción de los gastos operativos del 30 al 50 % en comparación con los sistemas NMC.

¿Cómo se compara la vida útil en ciclos de las baterías LFP con la de las NMC en escenarios de carga parcial (PSOC)?

Las baterías LFP pierden capacidad a aproximadamente la mitad de la velocidad de las NMC cuando se someten a condiciones de carga parcial (PSOC), manteniendo más del 80 % de su capacidad tras 4.000 ciclos, frente a los 2.000 ciclos de las baterías NMC en condiciones similares.

¿Cuál es el impacto del costo de las materias primas en las cadenas de suministro de LFP frente a NMC?

Las baterías LFP utilizan hierro y fosfato, materiales abundantes, lo que evita los problemas éticos y económicos asociados al cobalto empleado en las baterías NMC. Esto se traduce en una reducción del 30 % en los costes de los materiales básicos para las baterías LFP.

¿Qué tipo de batería es mejor para instalaciones con restricciones de espacio?

Para emplazamientos con restricciones de espacio, las baterías NMC son preferibles debido a su mayor densidad volumétrica y gravimétrica, pese a su mayor costo total de propiedad.