Híbridos y Eléctricos

INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD DE GRONINGEN

Las nuevas baterías de flujo orgánico almacenan la electricidad en un fluido

Los investigadores de la Universidad de Groningen han desarrollado una nueva batería de flujo que almacena energía en un compuesto orgánico simple y que son apropiadas por ahora para sistemas de energía estacionarios.

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La batería de flujo orgánico almacena energía en un compuesto orgánico simple.

La variabilidad de las fuentes de energía renovable como la solar y la eólica requiere opciones de almacenamiento a gran escala para mantener la estabilidad de la red eléctrica. Aunque los grandes bancos de baterías de iones de litio se están volviendo más habituales para tales aplicaciones, no son la única opción para los sistemas de almacenamiento de energía estacionarios. Las baterías de flujo, que almacenan electroquímicamente la electricidad en un fluido, son una solución cada vez más atractiva.

En una batería de flujo, la energía eléctrica se almacena en dos fluidos separados en los que se disuelven los productos químicos que almacenarán las cargas. La electricidad se guarda (y luego se libera) al hacer pasar estos fluidos a través de una celda electroquímica que contiene una membrana de intercambio de iones. El contenido de energía de una batería de este tipo es escalable simplemente usando tanques de almacenamiento más grandes para los fluidos.

El metal que se utiliza para las baterías de flujo comerciales actuales es el vanadio que resulta relativamente raro y caro. Científicos de la Universidad de Groningen, en los Países Bajos, han diseñado un electrolito de batería de flujo que se basa en una molécula orgánica mucho menos costosa.

En el comunicado de prensa emitido por la Universidad de Groningen, Edwin Otten, profesor asociado de química inorgánica molecular explica que su objetivo era crear una batería simétrica en la que ambos tanques contuvieran el mismo fluido y que se basara en una molécula orgánica en lugar de un metal. Generalmente, en una batería de flujo los tanques contienen fluidos con una composición diferente. Las baterías simétricas se han diseñado uniendo las moléculas que se utilizan en ambos lados y llenando ambos tanques con la molécula híbrida resultante. “El inconveniente de este enfoque es que solo se usa una parte de la molécula en cada lado y durante su uso aparecen radicales reactivos que se degradan con el tiempo. Esto hace que la estabilidad sea un problema”, advierte Otten.

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Representación esquemática de una batería de flujo redox. Las soluciones de electrolitos se hacen pasar a través de una celda electroquímica donde se lleva a cabo la carga/descarga.

El equipo de Groningen utilizó un enfoque diferente. Buscaron una sola molécula que fuera estable y que también pudiera aceptar o donar electrones, lo que le permitía usarse en ambos lados de la batería. El compuesto más prometedor fue un radical de Blatter, un compuesto orgánico bipolar que puede aceptar o donar un electrón en una reacción redox. Es relativamente fácil de fabricar y, aunque actualmente no se produce en la industria, debería ser posible ampliar su escala.

El compuesto fue probado en una pequeña celda electroquímica funcionando correctamente y manteniéndose estable durante 275 ciclos de carga y descarga. Sin embargo, “necesitamos llevar alcanzar miles de ciclos”, explica Otten. Los experimentos actuales son una prueba de que el concepto funciona correctamente. “Es posible fabricar una batería de flujo simétrico que tenga buena estabilidad. 

Otra ventaja del diseño simétrico es que parte del compuesto puede cruzar la membrana durante el uso sin que resulte un problema que uno de los tanques contenga un volumen ligeramente mayor que el otro, ya que cualquier desequilibrio se restaura fácilmente invirtiendo la polaridad. Durante las pruebas, el equipo demostró que el funcionamiento de la batería era el previsto, al contrario que en otros diseños experimentales de baterías simétricas que no eran lo suficientemente estables para obtener alcanzar esos ciclos de carga y descarga.

Debido a que la mayoría de las celdas de flujo están diseñadas para fluidos a base de agua, y dado que el agua es barata y no inflamable, el próximo paso es crear una versión soluble en agua de los radicales de Blatter. “Los estudiantes de mi grupo ya están trabajando en esto”, dijo Otten. “La prueba crucial es ver si nuestros compuestos serán lo suficientemente estables para aplicaciones comerciales”.

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