Las baterías de flujo, en la ‘pole position’ para conseguir que el almacenamiento renovable sea económicamente viable

El éxito del almacenamiento energético pasa por que cumpla la máxima de las tres ‘b’, bueno, bonito (sostenible) y barato. Y eso es lo que ha hecho un equipo de investigadores de la Universidad del Sur de California que quería resolver el problema del almacenamiento de energía renovable. Según un artículo publicado en Journal of The Electrochemical Society, ‘A Durable, Inexpensive and Scalable Redox Flow Battery Based on Iron Sulfate and Anthraquinone Disulfonic Acid’, han podido desarrollar una nueva versión de una batería de flujo redox a partir de materiales económicos y fácilmente disponibles.

Aunque hay enormes instalaciones de baterías de iones de litio de la talla de Tesla que pueden almacenar energía generada por fuentes renovables como la eólica y la solar, no son exactamente baratos. Los investigadores de la USC observaron un diseño existente que almacena energía en forma líquida.

Es la llamada batería de flujo redox, que funciona mediante un químico positivo y un químico negativo que se almacenan en tanques separados. Los productos químicos se bombean dentro y fuera de una cámara donde intercambian iones a través de una membrana, fluyendo de una manera para cargar y la otra para descargar.

Aunque en el pasado dichos sistemas han utilizado vanadio y bromo, materiales costosos, peligrosos y tóxicos disueltos en ácido para sus electrolitos, en la actualidad ya existen diseños que reemplazan a esos elementos con alternativas orgánicas o más amigables con el medio ambiente.

Para su diseño, el equipo de la USC utilizó un producto de desecho de la industria minera y un material orgánico que puede fabricarse a partir de materias primas a base de carbono, incluido el dióxido de carbono, y que ya se usa en otras baterías de flujo redox.

En las pruebas, se descubrió que la solución de sulfato de hierro y la batería de ácido disulfónico de antraquinona (AQDS) podían cargarse y descargarse cientos de veces sin «prácticamente ninguna pérdida de potencia». Los investigadores dicen que la naturaleza económica de los materiales utilizados también podría conducir a ahorros significativos en los costes de electricidad en comparación con las baterías de flujo redox que usan vanadio, si se fabrican a escala.

«Hasta la fecha no ha habido una solución económicamente viable y ecológica para el almacenamiento de energía que pueda durar 25 años», ha dicho Sri Narayan, el autor principal del estudio. «Las baterías de iones de litio no tienen una vida útil prolongada y las baterías a base de vanadio usan materiales caros y relativamente tóxicos que limitan el uso a gran escala. Nuestro sistema es la respuesta a este desafío. Prevemos que estas baterías se usarán en edificios residenciales, comerciales e industriales para capturar energías renovables «.

Este nuevo sistema de batería de flujo redox tiene un excelente rendimiento eléctrico, retención de capacidad y durabilidad química. Si bien estas parejas redox, hierro (II) / hierro (III) y AQDS son bien conocidas individualmente, su combinación en una batería de flujo redox puede proporcionar beneficios únicos para el almacenamiento de energía a gran escala. Además, el sulfato de hierro es un producto de desecho de la industria del acero, y por tanto, se anticipa que el coste de los materiales activos para esta batería será de 66 dólares/kWh.

Los estudios de ciclos de más de 500 ciclos en la configuración de celda simétrica muestran una tasa de desvanecimiento de capacidad insignificantemente baja de 7.6 × 10-5% por ciclo. Esta celda simétrica también muestra una eficiencia culombica promedio notablemente alta de 99.63%. Usando un electrodo de fieltro de grafito modificado con nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT), han logrado una densidad de potencia máxima de 194 mW cm-2.