C-Rate determina la rapidez con la que se puede cargar y descargar un sistema de almacenamiento. 1C significa que el sistema de almacenamiento se puede cargar o descargar completamente en una hora.
Un sistema de almacenamiento con una clasificación de 0.5 C tarda dos horas en cargarse o descargarse, mientras que un sistema con una clasificación de 2 C tarda sólo media hora.
La carga y descarga rápida de las baterías es esencial para un alto rendimiento del sistema. Si el C-Rate de un sistema es bajo, este sistema deberá tener mayor capacidad de almacenamiento para suministrar la energía necesaria, lo que repercutirá en el precio final del sistema.
En otras palabras, un sistema con un C-Rate más alto es capaz de poner a disposición toda su energía almacenada en menos tiempo y recuperarla más rápidamente. La siguiente ilustración representa una breve comparación de la potencia de salida del mismo sistema, utilizando diferentes tasas C:
Tarifa C y Tarifa E
Al especificar baterías, la corriente de descarga generalmente se expresa como una tasa C para normalizar la capacidad de la batería, que tiende a diferir entre fabricantes.
Una batería con una capacidad de 100 Ah tiene una corriente de descarga de 100 A si funciona a 1C. Una tasa de 5C para esta batería daría una corriente de 500 A y una tasa de C/2 sería de 50 A.
En pocas palabras, si un sistema requiere 100 kW y su batería es capaz de trabajar a un máximo de 0.5C, se necesitará un banco de 200 kWh, mientras que un sistema que puede trabajar a 1C puede cubrir la misma demanda con una capacidad de 100 kWh sin comprometer su vida útil. Asimismo, una tasa E describe la potencia de descarga.
Una tasa de 1E significa que la batería se puede descargar completamente en 1 hora. La energía o energía nominal (Wh, para una tasa C específica) es la “capacidad energética” de la batería, es decir, el total de vatios-hora disponibles cuando la batería se descarga a una determinada corriente de descarga (especificada como tasa C). Estado de carga del 100% hasta tensión de corte.
La energía se calcula multiplicando la potencia de descarga (en vatios) por el tiempo de descarga (en horas). Al igual que la capacidad de la batería, la potencia disminuye al aumentar la tasa C.
precauciones
Uno de los peores escenarios posibles al considerar la duración de la batería es el funcionamiento por encima de la tasa C indicada por el fabricante. Cuando se opera a una tasa de carga o descarga superior a la que la batería está diseñada para soportar en condiciones normales, se produce un aumento en el flujo de iones en el electrolito de la batería, lo que provoca un aumento en los microporos del separador, provocando daños irreversibles.
Esta operación también puede agrietar el ánodo y el cátodo de la batería, además de oxidarlos. La siguiente imagen, encontrada en la revista. Diario de fuentes de energía 307 (2016) de Elsevier, destaca varios daños derivados del uso inadecuado de C-rate por encima de lo indicado por el fabricante, tales como:
- Formación de islas;
- Fracturas mecánicas de electrodos;
- Intercancelación de solventes;
- Exfoliación con grafito;
- Formación de gas;
- Disolución ácida;
- Secado del electrolito;
- Precipitación de sal;
- Corrosión del colector;
- Reducción de la porosidad del electrolito;
- Descomposición de uniones;
- Galvanización de litio;
- Crecimiento de dendritas;
- Desorden estructural y oxidación conectiva, entre otras cosas.
No es el objetivo de este artículo abordar científicamente las cuestiones mencionadas en el párrafo anterior, sin embargo esta lista nos da una idea de la cantidad de problemas que surgen en las baterías cuando no se respeta el C-Rate máximo.
Todos estos factores reducen drásticamente la duración de la batería debido a diversos fenómenos. Tales efectos no pueden predecirse en relación con el número de ciclos reducidos en la vida útil del sistema.
Conclusión
Los sistemas con un C-Rate más alto tienen un mayor potencial de carga y descarga, lo que puede significar que una instalación tenga un banco de baterías más pequeño para cubrir su demanda. Una instalación que necesite 500 kW en una hora, con tarifa C = 1, podrá tener un banco de 500 kWh.
Sin embargo, es sumamente importante un análisis previo que identifique las necesidades de cada caso. Un sistema de carga/descarga rápida, por ejemplo, requiere una potencia de salida alta y se puede optimizar con una tasa C alta; sin embargo, no siempre será necesario utilizar una tasa alta para carga y descarga.
