Una batería de flujo de nueva generación bate récords

Una batería de flujo optimizada para el almacenamiento de energía a gran escala, como complemento de las centrales eléctricas y medio para guardar los excedentes de estas, ha mantenido su capacidad de almacenar y liberar energía durante más de un año de ciclos seguidos de carga y descarga, en un experimento que ha batido récords.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Ruozhu Feng y Wei Wang, del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), adscrito al Departamento de Energía de Estados Unidos.

La clave para las espectaculares mejoras de que disfruta la nueva batería de flujo reside en el uso de una sustancia que se utiliza como aditivo en algunos alimentos y medicamentos: la beta-ciclodextrina, un derivado del almidón.

La incorporación de beta-ciclodextrina aumenta la capacidad de la batería de flujo así como su longevidad.

En una serie de experimentos, los científicos optimizaron la proporción de productos químicos en el sistema hasta conseguir un 60% más de potencia máxima. Después hicieron funcionar la batería una y otra vez durante más de un año, deteniendo el experimento solo cuando se produjo una rotura en uno de los tubos de plástico. Durante todo ese tiempo, la batería de flujo apenas perdió capacidad de recarga.

Se trata del primer experimento de batería de flujo a escala de laboratorio que registra más de un año de uso continuo con una pérdida mínima de capacidad.

La beta-ciclodextrina es también la primera sustancia que en este contexto acelera la reacción electroquímica que almacena y luego libera la energía de la batería de flujo, en un proceso denominado catálisis homogénea. Esto significa que la beta-ciclodextrina hace su trabajo mientras está disuelta en una solución, y no como un sólido aplicado a una superficie.

Un momento de la preparación del nuevo electrolito para batería de flujo. (Foto: Andrea Starr / Pacific Northwest National Laboratory)

Las baterías de flujo constan de dos cámaras, cada una llena de un líquido diferente. Estas baterías se cargan mediante una reacción electroquímica y almacenan energía en enlaces químicos. Cuando se conectan a un circuito externo, liberan esa energía, que puede alimentar dispositivos eléctricos. Las baterías de flujo se diferencian de las de estado sólido en que tienen dos tanques externos de suministro de líquido que circula constantemente a través de ellas. El electrolito suministrado es para el sistema como la "sangre" para el cuerpo humano. Cuanto mayores sean los tanques de suministro de electrolito, más energía podrá almacenar la batería de flujo.

Si las baterías de flujo se amplían al tamaño de un campo de fútbol o más, pueden servir como generadores de reserva para la red eléctrica. Las baterías de flujo son uno de los pilares clave de una estrategia de descarbonización encaminada hacia un almacenamiento lo bastante grande y versátil de energía procedente de fuentes renovables. Su ventaja es que pueden construirse en cualquier tamaño, desde el de una mesa, como en la investigación del PNNL, hasta el de una manzana de edificios.

El almacenamiento de energía a gran escala es una especie de póliza de seguro contra las interrupciones de la red eléctrica. Cuando las inclemencias del tiempo o la alta demanda merman la capacidad de suministro eléctrico a hogares y empresas, la energía almacenada en grandes baterías de flujo puede ayudar a minimizar las interrupciones del suministro o a restablecer el servicio.

Es previsible que la necesidad de grandes baterías de flujo aumente, ya que la generación de electricidad procede cada vez más de fuentes de energía renovables, como la eólica, la solar y la hidroeléctrica. Estas fuentes de energía intermitentes necesitan un medio donde almacenar en grandes cantidades la energía excedente, hasta que se necesite para satisfacer la demanda de los consumidores.

Aunque hay muchos diseños de baterías de flujo y algunos centros de almacenamiento comerciales, estos dependen de minerales extraídos, como el vanadio, que son costosos y difíciles de obtener. Por eso, los equipos de investigación buscan tecnologías alternativas eficaces que utilicen materiales más comunes, fáciles de sintetizar, estables y sin toxicidad.

El equipo de Feng y Wang expone los detalles técnicos de la nueva batería de flujo en la revista académica Joule, bajo el título “Proton-regulated alcohol oxidation for high-capacity ketone-based flow battery anolyte”. (Fuente: NCYT de Amazings)