Se trata de una batería
Dos líquidos de colores burbujeando a través de tubos: ¿así es la batería del futuro?
Las baterías de flujo a base de agua, no tóxicas y escalables, serían una buena solución para almacenar energía renovable en zonas urbanas, si no fuera por su bajísima densidad energética. El investigador de Empa David Reber quiere remediar la situación con un diseño inteligente de los materiales.
Dos líquidos de colores burbujeando a través de tubos: ¿Así es la batería del futuro? El investigador de Empa David Reber se ha propuesto responder a esta pregunta durante los próximos cuatro años con el apoyo de una beca Ambizione de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (FNS).
Las llamadas baterías de flujo redox se conocen desde los años setenta. A diferencia de las baterías convencionales de iones de litio, no almacenan la energía en electrodos sólidos, sino en tanques que contienen soluciones electrolíticas líquidas. El proceso de carga y descarga no tiene lugar en los propios tanques, sino que los electrolitos se bombean a través de una célula electroquímica.
Las baterías líquidas son poco prácticas para teléfonos móviles, ordenadores portátiles o automóviles. Pero son muy prometedoras para soluciones de almacenamiento estacionario. Como la energía se almacena fuera de la propia célula, las baterías de flujo pueden beneficiarse de un escalado sencillo y selectivo. Una celda electroquímica más grande hace que la batería se cargue y descargue más rápido, y depósitos de electrolito más grandes permiten almacenar más energía.
"A medida que utilicemos más energías renovables, necesitaremos almacenamiento de energía a gran escala, incluso en zonas urbanas", afirma Reber. Otro punto a favor de las baterías de flujo: Si se utilizan electrolitos a base de agua, básicamente no son inflamables, a diferencia de las baterías de iones de litio convencionales.
Densidad energética externalizada
Sin embargo, la tecnología aún no se ha puesto de moda. Reber conoce el principal problema: "Las baterías de flujo tienen una densidad energética unas diez veces menor que las fabricadas con materiales de almacenamiento sólidos", explica. Cuanto más material de almacenamiento pueda disolverse en el electrolito, mayor será la densidad energética de una batería de flujo. "Sin embargo, las altas concentraciones espesan la solución y se necesita mucha más energía para bombearla a través de la célula", afirma el investigador.
Reber quiere ahora resolver precisamente este problema en su trabajo en el laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa, con un planteamiento poco habitual. Mientras que la mayoría de los proyectos sobre baterías de flujo se centran en mejorar la solubilidad de los materiales de almacenamiento, él quiere desvincular por completo el almacenamiento de energía de la solución electrolítica. "Mi idea es desarrollar una especie de híbrido entre una batería de flujo y una batería de iones de litio", afirma. Para ello, Reber quiere añadir materiales sólidos de almacenamiento, como los que se utilizan en las baterías de los teléfonos móviles, al depósito de la batería de flujo. "Si el material disuelto y el material sólido de almacenamiento coinciden exactamente, pueden transferir energía entre sí", explica Reber. "Esto permite combinar la escalabilidad de las baterías de flujo con la alta densidad energética de las baterías con materiales de almacenamiento sólidos".
Se buscan materiales adecuados
Pero antes, el investigador necesita encontrar pares de materiales adecuados que permitan el intercambio de energía y, al mismo tiempo, permanezcan estables durante un periodo prolongado. "Lo ideal sería que una batería de flujo redox pudiera funcionar durante unos 20 años", afirma.
Que un par de materiales encaje depende de lo que se conoce como potencial redox de las sustancias: a qué voltaje donan o aceptan electrones. "Ya tengo varias parejas en mente", afirma Reber. Y si un par prometedor no encaja del todo, sus potenciales redox pueden manipularse con ciertos retoques químicos. Una de las ideas de Reber es utilizar un quelato como material de almacenamiento disuelto: una molécula orgánica de múltiples brazos que "envuelve" un ion metálico. Dependiendo de cuántos brazos tenga la molécula orgánica -el ligando-, cambia el potencial redox. Reber ya investigó las baterías de flujo redox basadas en quelatos durante su periodo postdoctoral en la Universidad de Colorado Boulder, por el que recibirá el prestigioso premio Postdoc de la División de Baterías en la reunión anual de la Sociedad Electroquímica que se celebrará en Gotemburgo en octubre.
Al final de su periodo de financiación Ambizione de cuatro años, Reber espera tener una batería que funcione bien con almacenamiento sólido adicional. "Si este método funciona, las aplicaciones potenciales son muy diversas", afirma. Por ejemplo, las baterías de flujo compactas con un factor de forma flexible serían mucho más fáciles de integrar en zonas urbanas. "Sólo harían falta bombas y algunas tuberías", añade el investigador.
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.
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