Un avance en el almacenamiento de energía: supercondensador autocargable establece nuevos estándares en eficiencia energética

La primera semana de 2025 vio a las acciones solares experimentar un buen repunte mientras Tesla (TSLA ) anunció sus despliegues récord de almacenamiento de energía.

En 2024, la compañía de automóviles eléctricos, cuya división de almacenamiento de energía produce baterías residenciales y comerciales para almacenar energía solar, desplegó 31,5 gigavatios hora de productos de almacenamiento de energía, mientras que casi el 35 % de ello (11 GWh) se distribuyó solo en el cuarto trimestre de 2024.

La empresa china fabricante de baterías Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), que suministra celdas de batería a Tesla, también lanzó el año pasado su propio sistema de almacenamiento de energía producible en masa llamado TENER. El sistema tiene una capacidad de 6,25 MWh y una densidad energética de 430 Wh/L, logrando cero degradación en cinco años.

Estos grandes desarrollos en el espacio de almacenamiento de energía son de importancia crítica debido al creciente demanda de energía. Esta demanda está impulsada por el aumento de la población mundial, la urbanización, el crecimiento económico y los avances tecnológicos. La demanda mundial de electricidad, según la IEA, se espera que aumente a un ritmo más rápido durante los próximos tres años. Crecerá un promedio del 3,4 % anual hasta 2026.

Aquí, los sistemas de almacenamiento de energía pueden ayudar a satisfacer la creciente demanda al apoyar el suministro eléctrico de la red, la transmisión y los sistemas de distribución. Al cambiar a mecanismos de almacenamiento, los operadores de la red garantizan la resiliencia y fiabilidad de la red. Además, elimina la dependencia de opciones con mayor huella de gases de efecto invernadero (GEI).

Entonces, ¿qué es exactamente el almacenamiento de energía? Bueno, es lo que dice: almacenar energía. La forma en que se hace es que la energía producida se captura primero y luego se almacena para su uso posterior, de modo que la demanda y la oferta puedan coincidir mejor.

Ahora, la energía viene en varias formas: eléctrica, térmica, cinética, química, radiante y gravitacional. Esto significa que, para almacenar energía, primero debe convertirse en una forma que pueda almacenarse realmente hasta que pueda convertirse de nuevo en energía eléctrica.

Una batería recargable es un dispositivo de almacenamiento de energía común. Está en tu teléfono. Estas baterías almacenan energía química que se convierte rápidamente en electricidad. Otro ejemplo popular y valioso es la presa hidroeléctrica. Aprovechan la energía del agua corriente, generan electricidad y la almacenan en un embalse.

Los combustibles fósiles también son almacenamiento de energía. Guardan energía química del sol, atrapada en plantas y animales que se descompusieron hace millones de años.

Innovación en el almacenamiento de energía

La energía es la piedra angular de la economía industrial moderna. Después de todo, proporciona un ingrediente esencial para casi todas las actividades humanas, desde la cocina, calefacción, iluminación, salud, educación y transporte hasta la producción de alimentos, la producción industrial y la extracción de minerales. Dado lo crítico que es la energía para la civilización humana, hay un gran enfoque en el almacenamiento de energía.

El almacenamiento de energía térmica (TES) es un tipo que incluye almacenamiento en estado sólido, líquido‑aire y de sales fundidas. El beneficio único de esta tecnología es desacoplar la demanda de calefacción y refrigeración de la producción inmediata de energía y la disponibilidad de suministro.

El almacenamiento de energía mediante aire comprimido es otra forma de almacenar energía; el aire se comprime en tanques de almacenamiento cuando la demanda eléctrica es baja y se libera cuando la demanda es alta.

El almacenamiento de hidrógeno, mientras tanto, es una tecnología emergente de almacenamiento de energía. Recientemente, China conectó su mayor proyecto integrado de fotovoltaico (PV)‑almacenamiento de hidrógeno en la provincia de Jiangsu a la red y comenzó la generación de energía. Esta instalación offshore combina la producción de hidrógeno, generación de energía PV, repostaje y almacenamiento de energía. Se espera que reduzca las emisiones de CO₂ en aproximadamente 309.400 toneladas anuales, 1.125,3 toneladas de dióxido de nitrógeno y 562,6 toneladas de dióxido de azufre.

Las baterías están transformando el almacenamiento de energía. Lideran el cambio hacia un sistema energético sostenible. Con el crecimiento más rápido en su campo, dominan el sector eléctrico. Y gracias a la innovación continua, se vuelven más inteligentes, mejores y más baratas.

En una investigación revolucionaria de hace algunos años, que ha estado en desarrollo durante casi una década, científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers y del Instituto Real de Tecnología KTH en Suecia crearon una batería estructural 10 veces mejor que en cualquier experimento anterior. Una batería estructural es un dispositivo de almacenamiento de energía que puede soportar peso como parte de una estructura.

Para su batería, los científicos intercalaron una ‘tela’ de vidrio de amortiguación entre el electrodo positivo y el negativo, la rellenaron con un electrolito polimérico de última generación y luego la curaron en el horno, resultando en una celda de batería resistente y plana con una densidad energética de 24 Wh/kg, rigidez de 25 GPa y capaz de superar pruebas de tracción en todas las direcciones. Esta batería estructural “sin masa” tiene su principal caso de uso en automóviles eléctricos, pero también puede usarse en bicicletas eléctricas, satélites, portátiles y aviones.

Actualmente, los investigadores se centran en mejorar aún más la batería, aunque la comercialización aún no se ha materializado.

Para crear mejores soluciones, los investigadores ahora están explorando sistemas de energía autocargables. Estos sistemas capturan energía y la almacenan, lo que los hace muy beneficiosos en la próxima era tecnológica, que estará marcada por la tecnología 5G, el Internet de las Cosas (IoT) y la inteligencia artificial (IA).

Estos dispositivos de almacenamiento de energía autocargables pueden proporcionar energía estable, autónoma y sostenible para la próxima revolución industrial.

Hasta ahora, se han hecho muchos intentos de integrar diferentes tecnologías de captura de energía con dispositivos de almacenamiento de energía. Esto incluye células solares, generadores termoeléctricos, nanogeneradores triboeléctricos (TENG) y nanogeneradores piezoeléctricos (PENG).

En una nueva investigación, los científicos construyeron un dispositivo de almacenamiento de energía autocargable de alto rendimiento que puede almacenar eficientemente la energía solar.

El nuevo dispositivo mejora drásticamente el rendimiento de los supercondensadores existentes al utilizar materiales de electrodo basados en metales de transición. Los investigadores además crearon una nueva tecnología de almacenamiento de energía combinando supercondensadores con células solares para lograr alto rendimiento.

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Dispositivos de almacenamiento de energía autocargables

Para satisfacer la demanda de dispositivos de energía de alta capacidad de próxima generación que aborden el creciente consumo energético global y la creciente dependencia de dispositivos electrónicos portátiles e inteligentes, los dispositivos autocargables han surgido como una solución de suministro de energía sostenible e independiente.

Uno de esos dispositivos que captura y almacena energía solar es el foto‑supercondensador, que combina células solares y supercondensadores. Las células solares de silicio convierten la energía solar en energía eléctrica, y un supercondensador almacena esa energía.

En el estudio más reciente, que fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno coreano (MSIT) y por el Programa de I+D de DGIST, los investigadores mostraron un nuevo dispositivo de almacenamiento de energía autocargable que combina células solares de silicio y supercondensadores binarios de metales de transición.

La tecnología fotovoltaica (PV) de silicio cristalino, que es la tecnología PV más utilizada, es en realidad una herramienta prometedora de almacenamiento de energía renovable, según ITRPV, que informó que la tecnología representó hasta el 95 % del total de 135 GW instalados en 2022.

Mientras tanto, entre los dispositivos de energía solar, los basados en silicio están ganando mucha tracción como fuente de energía dominante para el futuro. Esto se debe a su alta eficiencia de conversión de potencia, estabilidad prolongada, materiales abundantes, no toxicidad y tecnología de producción establecida que ayuda a la escalabilidad.

En cuanto a los supercondensadores, se están utilizando como candidatos prometedores para alimentar dispositivos de alto rendimiento gracias a su alta fiabilidad, alta densidad de potencia, larga vida de ciclo y corto tiempo de carga.

Como señaló el estudio, los capacitores autocargables son necesarios debido al rápido aumento en el uso de dispositivos electrónicos portátiles. Esto ha creado la necesidad de un sistema que pueda cargarse rápidamente en cualquier momento y lugar.

Luego, está la creciente dependencia de fuentes de energía renovable para proteger el medio ambiente y promover el desarrollo sostenible. Al usar energía solar, los sistemas autocargables reducen la necesidad de reemplazo de baterías mientras permiten un suministro de energía eficiente incluso en áreas con acceso limitado a redes eléctricas.

Otro factor impulsor de los capacitores autocargables es la rápida carga y descarga de los supercondensadores, lo que los hace realmente útiles en situaciones de emergencia o escenarios donde se necesita un alto consumo de energía.

Un supercondensador autocargable de alto rendimiento

Dada la necesidad de capacitores autocargables y sus numerosos beneficios, la investigación más reciente, publicada el mes pasado en la revista Energy, fabricó un dispositivo autocargable combinando un supercondensador con una célula solar de Si.

Para diseñar los electrodos, el equipo de investigación utilizó un material compuesto de carbonato e hidróxido basado en níquel (Ni). Luego, el equipo añadió iones de metales de transición como Manganeso (Mn), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Hierro (Fe) y Zinc (Zn) para maximizar la conductividad y estabilidad de los electrodos.

Estos iones de metales de transición permiten al equipo abordar el problema de reducción de conductividad que surge al usar solo iones de Ni. La introducción de estos iones metálicos les permitió crear compuestos binarios como material de electrodo, que ofrecían alta conductividad eléctrica, capacidad reversible y estabilidad estructural.

Hacer esto ha mejorado sustancialmente el rendimiento del electrodo, mostrando avances significativos en densidad de energía y potencia y estabilidad en la carga y descarga.

En cuanto al almacenamiento de energía por unidad de peso, el estudio alcanzó 35,5 Wh kg⁻¹, superando los valores (5‑20 Wh kg⁻¹) registrados en estudios anteriores. En cuanto al flujo de energía por unidad, es 2555,6 W kg⁻¹, lo que nuevamente es mucho más alto que lo logrado en estudios previos de 1000 W kg⁻¹.

Con una densidad de energía y potencia mucho más alta, el estudio más reciente demuestra la capacidad de liberar potencia mayor rápidamente. De esta manera, el dispositivo de supercondensador asimétrico puede proporcionar un suministro de energía inmediato, incluso para dispositivos de alta potencia.

Esto no es todo; este alto rendimiento mostró una degradación mínima al someterse a ciclos repetidos de carga y descarga, lo que lo hace también adecuado a largo plazo.

El equipo luego combinó este dispositivo con células solares de silicio, lo que permite el almacenamiento de energía solar y su utilización en tiempo real. Esta combinación alcanzó una eficiencia de almacenamiento de energía de hasta el 63 % mientras que la eficiencia general del dispositivo fue del 5,17 %, validando su potencial para la comercialización y contribuyendo significativamente al avance de la tecnología de almacenamiento de energía.

“Este estudio es un logro significativo, ya que marca el desarrollo del primer dispositivo de almacenamiento de energía autocargable de Corea que combina supercondensadores con células solares.”

– Jeongmin Kim, Investigador Senior en la División de Nanotecnología de DGIST

Kim añadió que al utilizar materiales compuestos basados en metales de transición, han podido superar las limitaciones de los dispositivos de almacenamiento de energía y crear una solución energética sostenible.

Pero eso no es el final del estudio, como señaló Damin Lee, investigador del RLRC de la Universidad Nacional Kyungpook:

“Continuaremos realizando investigaciones de seguimiento para mejorar aún más la eficiencia del dispositivo autocargable y potenciar su potencial de comercialización.”

Empresas involucradas en campos relacionados

Ahora, echemos un vistazo a un par de empresas que están proporcionando y avanzando soluciones de almacenamiento de energía.

1. Tesla (TSLA )

Este fabricante de vehículos eléctricos también está muy involucrado en el mercado de almacenamiento de energía. Sus productos energéticos incluyen el Powerwall y el Megapack, que integran soluciones avanzadas de almacenamiento de energía.

Con una capitalización de mercado de 1,318 billones de dólares, Tesla es la octava empresa más grande del mundo, mientras que su CEO Elon Musk, quien también está involucrado en X (anteriormente Twitter), SpaceX, Neuralink y The Boring Company, es el hombre más rico del mundo con una fortuna neta de 437 mil millones de dólares.

Al momento de escribir esto, la acción de Tesla cotiza a 412,82 $, lo que representa un aumento del 1,63 % este año. Este comienzo positivo de 2025 para las acciones de la compañía llega después de un 2024 sobresaliente, durante el cual sus acciones aumentaron aproximadamente un 67 % en valor.

Curiosamente, gran parte de las ganancias de Tesla se han producido en los últimos dos meses del año, con su precio aumentando un 75 % tras la victoria del presidente electo Donald Trump en la carrera presidencial de EE. UU. en 2025. Musk fue, de hecho, el mayor donante del ciclo electoral, gastando al menos 277 millones de dólares para apoyar a Trump y a otros candidatos republicanos.

Con Trump asumiendo el cargo a finales de este mes, ciertamente habrá desarrollos positivos para Tesla. Incluso antes de eso, la compañía informó haber producido alrededor de 459 000 vehículos y entregado más de 495 000 unidades en el cuarto trimestre de 2024. Con esto, la producción total de Tesla en 2024 asciende a 1.773.443 vehículos, mientras que las entregas alcanzaron 1.789.226 unidades. Sin embargo, enfrentó una mayor competencia del gigante chino BYD y de automovilistas tradicionales de EE. UU. como Ford.

Los resultados financieros completos del cuarto trimestre de 2024, incluidos el ingreso neto y el flujo de efectivo, serán anunciados por Tesla el 29 de enero de 2025. En el trimestre anterior, la compañía reportó 25,18 mil millones de dólares en ingresos y 2,17 mil millones de dólares en ingreso neto. Durante este período, los ingresos automotrices de Tesla aumentaron un 2 % a 20 mil millones de dólares en comparación con el tercer trimestre de 2023, mientras que sus ingresos por generación y almacenamiento de energía se dispararon un 52 % a 2,38 mil millones de dólares.

Sus despliegues de almacenamiento de energía en el cuarto trimestre, mientras tanto, establecieron un nuevo récord de 11,0 GWh y un total sin precedentes de 31,4 GWh para todo el año. En comparación, Tesla desplegó 14,7 GWh de almacenamiento de energía en el año anterior, lo que fue el doble de los números de 2022. Además, en 2020, los despliegues de almacenamiento de energía de Tesla fueron apenas 3,0 GWh, lo que indica un aumento de 10 veces en la capacidad de almacenamiento de la compañía en solo cuatro años.

Estas cifras llegaron cuando la gigafábrica de Tesla en Shanghái inició la producción de prueba esta semana, con la producción en masa esperada a principios de este año.

2. Enphase Energy(ENPH )

La empresa global de tecnología energética, que está expandiendo activamente su alcance de mercado tanto a nivel nacional como internacional, se especializa en soluciones de energía solar. Esto incluye microinversores, que convierten la energía solar en electricidad, y sistemas de almacenamiento de energía para aplicaciones residenciales y comerciales.

Con una capitalización de mercado de 9,74 mil millones de dólares, las acciones de ENPH cotizan actualmente a 72,15 $, con un aumento de más del 5 % este año. Estas ganancias siguen a un 2024 decepcionante, durante el cual sus acciones cayeron más del 46 %. Mientras tanto, el pico de ENPH fue en diciembre de 2022, cuando su precio de acción alcanzó los 339 $. Enphase Energy tiene un EPS (TTM) de 0,44 y un P/E (TTM) de 164,01.

Para el tercer trimestre de 2024, la compañía reportó ingresos de 380,9 millones de dólares. Por región, los ingresos en EE. UU. aumentaron un 43 % en comparación con el trimestre anterior al normalizarse el inventario, mientras que los ingresos en Europa disminuyeron un 15 % debido a una mayor debilidad de la demanda. Enphase envió un total de 1.731.768 microinversores en este trimestre, lo que representa 730 megavatios de CC y 172,9 megavatios hora de baterías IQ®.

Para el cuarto trimestre, Enphase Energy estima que sus ingresos estarán en el rango de 360 millones a 400 millones de dólares y los envíos de 140 a 160 MWh de baterías IQ. El beneficio neto del IRA, mientras tanto, se espera que esté entre 38 y 41 millones de dólares.

La Ley de Reducción de la Inflación (IRA) fue introducida bajo la administración Biden con apoyo bipartidista. El paquete de 369 mil millones de dólares, que fue firmado como ley en 2022, proporcionó incentivos para la energía renovable mediante créditos fiscales, subvenciones e inversiones. Esto ha sido un factor decisivo para el sector de energía renovable.

Al final del tercer trimestre, Enphase Energy tenía 1,77 mil millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo y valores negociables, mientras que el flujo de caja libre fue de 161,6 millones de dólares. La compañía, por su parte, generó 170,1 millones de dólares en flujo de caja operativo.

Durante este tiempo, también lanzó un software basado en IA para mejorar la comprensión de sus consumidores sobre el uso de energía y ayudarles a maximizar sus ahorros en el mercado de tarifas energéticas cada vez más complejo, integrando la estimación solar y de consumo con las tarifas eléctricas.

Conclusión

Con la demanda global de energía continuando su aumento significativo, a un ritmo más rápido que nunca, debido a intensas olas de calor, un robusto crecimiento económico y, por supuesto, la creciente adopción de tecnologías como los vehículos eléctricos y la IA, existe la necesidad de soluciones de almacenamiento de energía que puedan ayudar a satisfacer esta demanda.

Aquí, el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía autocargables de alto rendimiento representa un paso importante en el avance de la tecnología de almacenamiento de energía y en la satisfacción de la demanda global de energía. Aunque aún no se han comercializado, innovaciones como estas pueden ayudar a garantizar un suministro de energía estable y fiable y desbloquear un enorme potencial en la integración de energías renovables.

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