Revolucionaria batería redox de flujo sin vanadio

Para ampliar el uso de energías renovables como la solar y la eólica, se necesita un sistema de almacenamiento de energía a largo plazo que pueda almacenar la electricidad generada en condiciones meteorológicas favorables durante más de 8 horas y reutilizarla cuando sea necesario. Entre los sistemas candidatos, las baterías redox de flujo, que tienen un menor riesgo de incendio y un ciclo de vida largo (más de 20 años) en comparación con las baterías de iones de litio de uso común, están siendo objeto de muchas investigaciones a nivel mundial.

Las baterías redox de flujo almacenan energía eléctrica en forma de energía química a través de reacciones de REDucción y OXidación (de ahí las siglas REDOX) de materiales activos en el electrolito en la superficie del electrodo y la convierten de nuevo en energía eléctrica cuando es necesario.

Aunque el vanadio se comercializa actualmente como material activo en las baterías redox de flujo, sus limitadas reservas han impulsado recientemente la investigación de alternativas. Los compuestos orgánicos como los viológenos, fabricados a partir de elementos químicos abundantes como el carbono y el oxígeno, destacan especialmente por su bajo coste y por su buen potencial para sustituir al vanadio. Sin embargo, los viológenos presentan el inconveniente de su baja solubilidad, que reduce la densidad energética global, y su inestabilidad cuando repiten carga y descarga. Esto ha obstaculizado su uso generalizado y ha obligado a seguir buscando tecnologías capaces de superar estos problemas.

Un paso clave hacia esa meta lo ha dado recientemente el equipo de la investigadora Seunghae Hwang, del Departamento de Investigación en Almacenamiento de Energía en el Instituto de Investigación Energética de Corea del Sur.

Hwang y sus colegas han conseguido mejorar notablemente el rendimiento y el ciclo de vida de baterías redox de flujo que emplean viológeno en vez de vanadio. La clave para este logro ha sido la introducción de grupos funcionales, que mejoran la estabilidad y la solubilidad. Por “grupo funcional” se entiende un grupo de átomos dentro de un compuesto orgánico que interviene de manera decisiva en determinar las propiedades del compuesto y su comportamiento.

Un momento de uno de los trabajos realizados en el marco de esta investigación. (Foto: Korea Institute Of Energy Research (KIER))

Con las mejoras introducidas en estas baterías redox de flujo con viológeno, las pruebas realizadas demuestran que la densidad energética ha mejorado en más del doble en comparación con las baterías de flujo de redox de vanadio. Además, tras 200 ciclos de carga y descarga, las baterías demostraron un 99,4% de eficiencia coulómbica (capacidad de descarga relativa a la capacidad de carga) y un 92,4% de retención de capacidad, valores indicativos de un aumento significativo del rendimiento y de la estabilidad.

Hwang y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica ACS Applied Materials & Interfaces, bajo el título “Integration of Functional Groups to Enhance the Solubility and Stability of Viologen in Aqueous Organic Redox Flow Batteries”. (Fuente: NCYT de Amazings)