Una nueva tecnología de baterías podría impulsar el almacenamiento de energías renovables
Ingenieros de Columbia desarrollan un nuevo y potente "combustible" para baterías: un electrolito que no sólo dura más, sino que además es más barato de producir
Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, son fundamentales para mantener nuestro planeta, pero tienen un gran problema: no siempre generan energía cuando se necesita. Para aprovecharlas al máximo, necesitamos formas eficientes y asequibles de almacenar la energía que producen, de modo que tengamos energía incluso cuando el viento no sopla o el sol no brilla.
Los científicos de materiales de Columbia Engineering se han centrado en el desarrollo de nuevos tipos de baterías para transformar la forma en que almacenamos la energía renovable. En un nuevo estudio publicado el 5 de septiembre en Nature Communications, el equipo utilizó baterías K-Na/S que combinan elementos baratos y fáciles de encontrar - potasio (K) y sodio (Na), junto con azufre (S) - para crear una solución de bajo coste y alta energía para el almacenamiento de energía de larga duración.
"Es importante que podamos ampliar el tiempo de funcionamiento de estas baterías y que podamos fabricarlas de forma fácil y barata", explica Yuan Yang, director del equipo y profesor asociado de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en el Departamento de Física Aplicada y Matemáticas de Columbia Engineering. "Hacer que la energía renovable sea más fiable ayudará a estabilizar nuestras redes energéticas, a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y a apoyar un futuro energético más sostenible para todos nosotros."
Un nuevo electrolito ayuda a las baterías de K-Na/S a almacenar y liberar energía de forma más eficiente
Las baterías de K-Na/S presentan dos grandes retos: tienen poca capacidad porque la formación de K2S2 y K2S sólidos inactivos bloquea el proceso de difusión y su funcionamiento requiere temperaturas muy altas (>250 oC) que precisan una gestión térmica compleja, lo que aumenta el coste del proceso. Los estudios anteriores han tenido problemas con los precipitados sólidos y la baja capacidad, por lo que se ha buscado una nueva técnica para mejorar este tipo de baterías.
El grupo de Yang desarrolló un nuevo electrolito, un disolvente de acetamida y ε-caprolactama, para ayudar a la batería a almacenar y liberar energía. Este electrolito puede disolver K2S2 y K2S, mejorando la densidad energética y la densidad de potencia de las baterías K/S de temperatura intermedia. Además, permite que la batería funcione a una temperatura mucho más baja (en torno a 75 °C) que los diseños anteriores, sin dejar de alcanzar casi la máxima capacidad de almacenamiento de energía posible.
"Nuestro planteamiento consigue capacidades de descarga casi teóricas y una vida útil prolongada. Esto es muy emocionante en el campo de las baterías K/S de temperatura intermedia", afirma Zhenghao Yang, coautor del estudio y estudiante de doctorado con Yang.
Camino hacia un futuro energético sostenible
El grupo de Yang está afiliado al Centro de Energía Electroquímica de Columbia (CEEC), que adopta un enfoque multiescala para descubrir tecnologías revolucionarias y acelerar su comercialización. El CEEC reúne a profesores e investigadores de toda la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas que estudian la energía electroquímica con intereses que van desde los electrones hasta los dispositivos y sistemas. Sus asociaciones con la industria hacen posible la realización de grandes avances en el almacenamiento y la conversión de energía electroquímica.
Planes de ampliación
Aunque el equipo se centra actualmente en baterías pequeñas, del tamaño de una moneda, su objetivo es ampliar esta tecnología para almacenar grandes cantidades de energía. Si tienen éxito, estas nuevas baterías podrían proporcionar un suministro de energía estable y fiable a partir de fuentes renovables, incluso en épocas de poco sol o viento. El equipo trabaja ahora en la optimización de la composición del electrolito.
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Publicación original
Liying Tian, Zhenghao Yang, Shiyi Yuan, Tye Milazzo, Qian Cheng, Syed Rasool, Wenrui Lei, Wenbo Li, Yucheng Yang, Tianwei Jin, Shengyu Cong, Joseph Francis Wild, Yonghua Du, Tengfei Luo, Donghui Long, Yuan Yang; "Designing electrolytes with high solubility of sulfides/disulfides for high-energy-density and low-cost K-Na/S batteries"; Nature Communications, Volume 15, 2024-9-5
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