Una nueva batería de flujo almacena energía en un simple compuesto orgánico

18.03.2022 - Países Bajos

El suministro intermitente de electricidad verde requiere un almacenamiento a gran escala para mantener la estabilidad de 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. Sus resultados se publicaron el 8 de marzo en el Journal of the American Chemical Society.

Las baterías de flujo no son muy diferentes de las que utilizamos 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 utilizando tanques de almacenamiento más grandes para los fluidos.

Caro

China ha instalado recientemente baterías de flujo para reducir la variabilidad de 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", afirma Edwin Otten, profesor asociado de Química Inorgánica Molecular de la Universidad de Groningen. El tipo de batería que utilizan los chinos se diseñó en los años 80 y se basa en una solución que contiene vanadio".

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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", explica 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.

El radical Blatter

Queríamos una batería simétrica en la que ambos tanques contuvieran el mismo fluido", explica Otten. Además, queríamos que se basara en una molécula orgánica y no en un metal". Los dos lados de la batería de flujo suelen contener fluidos de diferente composición. Las baterías simétricas se han diseñado 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".

Otten y su equipo utilizaron un enfoque diferente. Buscaron una única molécula que fuera estable y que pudiera aceptar o donar electrones y, por tanto, pudiera utilizarse 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", afirma 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, pero nuestros experimentos son una prueba de concepto. Es posible fabricar una batería de flujo simétrico que tenga una buena estabilidad". El radical orgánico de Blatter es relativamente fácil de fabricar y, aunque actualmente no se produce en la industria, debería ser posible su ampliación.

Desequilibrio

Otra ventaja de nuestro diseño simétrico es que no supone un gran problema que parte de nuestro compuesto atraviese la membrana durante su uso", explica Otten. Esto podría dar lugar a un volumen ligeramente mayor en uno de los tanques, pero cualquier desequilibrio se restablece fácilmente simplemente invirtiendo la polaridad". 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". Un paso más es aumentar la estabilidad y solubilidad del radical Blatter y probarlo a mayor escala. Otten: La prueba crucial es ver si nuestros compuestos serán lo suficientemente estables para aplicaciones comerciales".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Publicación original

Jelte S. Steen, Jules L. Nuismer, Vytautas Eiva, Albert E. T. Wiglema, Nicolas Daub, Johan Hjelm, and Edwin Otten; "Blatter Radicals as Bipolar Materials for Symmetrical Redox-Flow Batteries"; Journal of the American Chemical Society, 8 March 2022

https://www.quimica.es/noticias/1175251/una-nueva-bateria-de-flujo-almacena-energia-en-un-simple-compuesto-organico.html