El suministro intermitente de electricidad verde requiere un almacenamiento a gran escala para mantener estables nuestras redes eléctricas.
Como las baterías normales no se adaptan muy bien, la idea de utilizar baterías de flujo, que almacenan la electricidad en un fluido, resulta atractiva. Sin embargo, estas baterías contienen metales raros y son caras.
Científicos de la Universidad de Groningen (Países Bajos) han diseñado un electrolito para baterías de flujo que podría resolver ambos problemas.
Baterías de flujo.
Las baterías de flujo no son muy diferentes de las que usamos habitualmente. La gran diferencia es que la energía se almacena en dos fluidos separados con sustancias químicas disueltas para almacenar la carga.
La electricidad se almacena (y posteriormente se libera) bombeando estos fluidos a través de una célula electroquímica que contiene una membrana a través de la cual se pueden intercambiar iones.
El contenido energético de una batería de este tipo es escalable simplemente usando tanques de almacenamiento más grandes para los fluidos.
Precio muy alto.
China ha instalado recientemente baterías de flujo para reducir la variabilidad en la producción de electricidad verde.
La capacidad de almacenamiento a gran escala es necesaria cuando las fuentes intermitentes, como la energía solar y la eólica, adquieren mayor protagonismo en el mix eléctrico, porque la red podría desestabilizarse. El tipo de batería que usan los chinos se diseñó en la década de 1980 y se basa en una solución que contiene vanadio.
Edwin Otten, profesor asociado de Química Inorgánica Molecular de la Universidad de Groningen.
Este metal sólo se extrae en unos pocos lugares de la Tierra.
Esto significa que no siempre se puede garantizar el suministro y es bastante caro.
Edwin Otten
Además, se necesita una membrana especial para separar los dos fluidos, lo que también aumenta los costes. Por eso, el grupo de investigación de Otten, junto con sus colegas de la Universidad de Eindhoven (Países Bajos) y la Universidad Técnica de Dinamarca, se propuso diseñar un nuevo tipo de material para baterías de flujo.
Blatter radical
Queríamos una batería simétrica en la que ambos tanques contuvieran el mismo fluido. Además, queríamos que estuviera basada en una molécula orgánica y no en un metal.
Edwin Otten
Los dos lados de la batería de flujo suelen contener fluidos de diferente composición. Se han diseñado baterías simétricas uniendo las moléculas que se utilizan en ambos lados y llenando ambos depósitos con la molécula híbrida resultante.
El inconveniente de este enfoque es que sólo se utiliza una parte de la molécula en cada lado. Y, durante el uso, aparecen radicales reactivos que se degradan con el tiempo. Esto hace que la estabilidad sea un problema.
Edwin Otten
Nuevo enfoque.
Otten y su equipo usaron un enfoque diferente. Buscaron una única molécula que fuera estable y que pudiera aceptar o donar electrones y, por tanto, pudiera usarse en ambos lados de la pila.
El compuesto más prometedor era un radical Blatter, un compuesto orgánico bipolar que puede aceptar o donar un electrón en una reacción redox.
La molécula que seleccionamos era además intrínsecamente estable.
Edwin Otten
Probaron el compuesto en una pequeña célula electroquímica. Funcionó bien y se mantuvo estable durante 275 ciclos de carga y descarga.
Tenemos que llevarlo a miles de ciclos; sin embargo, nuestros experimentos son una prueba de concepto. Es posible hacer una batería de flujo simétrico que tenga buena estabilidad.
Edwin Otten
El radical orgánico de Blatter es relativamente fácil de fabricar y, aunque actualmente no se produce en la industria, su ampliación debería ser posible.
Desequilibrio.
Otra ventaja de nuestro diseño simétrico es que no supone un gran problema si parte de nuestro compuesto atraviesa la membrana durante su uso. Esto podría dar lugar a un volumen ligeramente mayor en uno de los tanques, pero cualquier desequilibrio se restablece fácilmente simplemente invirtiendo la polaridad.
Edwin Otten
Durante sus pruebas, han demostrado que, efectivamente, esto funciona como se preveía. Otros diseños experimentales de baterías simétricas no eran lo suficientemente estables como para conseguir el número de ciclos necesarios para demostrarlo.
El siguiente paso es crear una versión soluble en agua de los radicales Blatter. La mayoría de las celdas de flujo están diseñadas para fluidos de base acuosa, ya que el agua es barata y no es inflamable.
Los estudiantes de doctorado de mi grupo ya están trabajando en ello.
Edwin Otten
Un paso más es aumentar la estabilidad y solubilidad del radical Blatter y probarlo a mayor escala.
La prueba crucial es ver si nuestros compuestos serán lo suficientemente estables para aplicaciones comerciales.
Edwin Otten
Más información: acs.org (texto en inglés).
Vía www.rug.nl
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