ENERGÍA. Rompiendo los límites del almacenamiento de energía: baterías de flujo redox

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Los europeos necesitarán más y mejores baterías para alimentar las flotas de coches eléctricos. Fuente: © Nick Starichenko, Shutterstock

Gracias al auge de las energías renovables, el factor limitante de la revolución energética no es tanto el suministro de energía como el almacenamiento de energía en estos días. Se necesitan baterías más limpias y ecológicas para cargar automóviles, bicicletas eléctricas y dispositivos durante más tiempo.

En el futuro, una gran parte de nuestra energía provendrá de fuentes renovables como la solar y la eólica. Pero hay momentos en que el viento no sopla y el sol no brilla. Para nivelar el suministro, es necesario almacenar el excedente de electricidad generado por las energías renovables, hasta que estemos listos para consumirlo. Un medio importante de hacerlo es con mejores baterías. También necesitamos una gran cantidad de baterías si queremos alimentar las flotas previstas de automóviles eléctricos y dispositivos de movilidad.

El problema es que incluso las mejores baterías tienen problemas. Un gran punto conflictivo es que las celdas de iones de litio usan litio como componente clave. Esto se extrae como sal. Europa actualmente no tiene grandes reservas, por lo que depende de las importaciones de lugares como Australia y Chile. Las baterías de litio también son caras, tienen una capacidad de almacenamiento limitada y pierden rendimiento después de una carga repetida.

Las baterías tradicionales de iones de litio tienen tres componentes clave. Hay dos componentes sólidos llamados electrodos, el ánodo y el cátodo, y un líquido llamado electrolito. Cuando la  se descarga, los electrones salen del ánodo al cátodo para alimentar cualquier dispositivo al que esté conectado. Los iones de litio positivos se difunden a través del electrolito, atraídos por la carga negativa del cátodo. Cuando la batería se está cargando, esto va a la inversa.

Densidad de energía

Todo el proceso es una reacción electroquímica reversible. Hay muchos sabores de este proceso básico con diferentes tipos de productos químicos e iones involucrados. Una opción particular que está explorando el proyecto ASTRABAT es eliminar el electrolito líquido y convertirlo en un sólido o gel. En teoría, estas  tienen una mayor densidad de energía, lo que significa que pueden alimentar dispositivos durante más tiempo. También deberían ser más seguras y rápidas de fabricar, ya que, a diferencia de las típicas baterías de iones de litio, no utilizan un electrolito líquido inflamable.

Ya existen baterías de estado sólido a base de litio. Pero estas baterías usan un gel como electrolito y solo funcionan bien a temperaturas de alrededor de 60ºC, lo que significa que no son adecuadas para muchas aplicaciones. 

Una pregunta clave en todo este proceso es si será más fácil reciclar el litio y otros elementos de las baterías de estado sólido en comparación con las baterías típicas de iones de litio. Si es así, eso podría aumentar el reciclaje de litio y reducir la dependencia de las importaciones.

Las  de estado sólido, como en la que está trabajando ASTRABAT, podrían entrar en uso comercial en automóviles eléctricos alrededor de 2030, aunque hoy en día es difícil afirmar si las baterías de estado sólido serán la próxima innovación importante en baterías. Hay muchas otras soluciones posibles, como usar manganeso o sodio (en lugar de litio). 

Cargado positivamente

Cuando se trata de almacenar energía con el fin de suavizar el suministro a las redes eléctricas, las baterías deben ser fiables y de alta capacidad, lo que significa costosas. El litio escaso no es la mejor opción. En cambio, el proyecto HIGREEW está investigando otro tipo diferente de batería, conocida como celda de flujo redox.

Los componentes principales de las baterías de flujo redox son dos líquidos, uno con carga positiva y otro con carga negativa. Cuando la batería está en uso, estos se bombean a una cámara conocida como pila de celdas, donde están separados por una membrana permeable e intercambian electrones, creando una corriente.

El coordinador del proyecto es el químico Dr. Eduardo Sánchez en CIC energiGUNE, un centro de investigación cerca de Bilbao en España. Explica que muchas baterías de flujo redox a gran escala ya están en funcionamiento en todo el mundo y están diseñadas para ser estables y durar unos 20 años. Pero estas baterías existentes usan vanadio disuelto en ácido sulfúrico, que es un proceso tóxico y corrosivo. Los requisitos de seguridad significan que estas baterías deben fabricarse con un gran costo.

El vanadio tiene muchos puntos fuertes: es barato y estable. Pero si tiene una fuga de una de estas baterías, eso no es bueno. Se deben diseñar los tanques para que sean extremadamente duraderos.

Menos tóxico

El proyecto HIGREEW tiene previsto crear una batería de flujo redox que utilice materiales mucho menos tóxicos, como soluciones salinas en agua que almacenan iones a base de carbono. Sánchez y su equipo de colegas han estado trabajando en el desarrollo de la mejor receta para esta batería, analizando muchas combinaciones diferentes de sales y soluciones químicas. Ahora han elaborado una lista de algunos prototipos que funcionan bien y están trabajando para ampliarlos.

Su equipo también ha estado investigando un método para sumergir materiales de membrana de batería disponibles en el mercado para alterarlos químicamente y hacer que duren más.

El Dr. Sánchez ve un futuro brillante para las baterías de flujo redox. Predice que la fabricación de baterías de flujo redox podría generar abundantes oportunidades de empleo en Europa en los próximos años.

Fuente: Horizon: la revista de investigación e innovación de la UE

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