Los ingenieros de la universidad RMIT afirman que han triplicado la densidad energética de las baterías de flujo de protones baratas, recargables y reciclables, que ahora pueden competir con las baterías de iones de litio disponibles en el mercado en cuanto a capacidad, con una densidad energética específica de 245 Wh/kg.
Eso en comparación con los aproximadamente 260 Wh/kg que proporcionan las baterías de iones de litio de un Tesla Model 3, pero sin utilizar litio, evitando así la previsible escasez de litio, así como la dependencia geopolíticamente sensible de China en la cadena de suministro de baterías y todo tipo de problemas relacionados con el final de la vida útil.
En 2014, cuando se anunció la primera prueba de concepto de una batería de flujo de protones basada en hidrógeno, el portal New Atlas había informado del trabajo de este equipo.
En esencia, se trata de una forma diferente de utilizar el hidrógeno para almacenar energía. La batería de protones funciona como una pila de combustible reversible, que acepta agua durante la carga, separa los iones de hidrógeno cargados positivamente y libera oxígeno.
Llegados a este punto, la mayoría de los sistemas de hidrógeno permiten que estos iones se combinen en gas H2, y luego gastan energía comprimiéndolo, sobreenfriándolo para licuarlo o transformándolo en amoníaco.
Figura 1. Esquema interno de la batería de protones.
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En cambio, estas baterías almacenan los protones de hidrógeno de forma directa e inmediata, en los orificios de un electrodo de carbón activamente sólido y poroso empapado en un ácido diluido. Para descargar la pila basta con añadir oxígeno, y la energía se libera a medida que se produce agua.
En su último artículo, los investigadores del RMIT estudian los fundamentos del funcionamiento de la batería de protones -sobre todo las reacciones del lado del oxígeno- para formular y probar algunas ideas sobre cómo mejorarla.
Estas ideas, según el artículo, incluían el secado al vacío del polvo de carbón activado antes de la preparación del electrodo, con el fin de eliminar el agua del material, el calentamiento suave de toda la célula a 70 °C durante el funcionamiento y la sustitución de la capa de difusión de gas (gas diffusion layer, GDL) del lado del oxígeno por una lámina de fibra GDL mucho más fina.
Los beneficios, dicen, fueron enormes, dando como resultado una batería de protones capaz de almacenar casi tres veces más energía por peso que la anterior, y “más del doble del mayor almacenamiento electroquímico de hidrógeno utilizando un electrolito ácido del que se había informado anteriormente en la documentación”. Con una densidad de 882 julios por gramo, equivale aproximadamente a 245 Wh/kg, justo a la altura de las buenas baterías de litio comerciales que existen actualmente en el mercado.
Figura 2. El Dr. Shahin Heidari (izquierda), el profesor John Andrews y el Dr. Seyed Niya con una demostración de la batería de protones haciendo funcionar dos pequeños ventiladores en el laboratorio RMIT.
Ventajas de las baterías de protones
Entonces, ¿cuáles serían las ventajas de una batería de este tipo cuando se comercialice? Bueno, es una forma muy segura y estable de transportar hidrógeno, a diferencia del gas a alta presión, el líquido criogénico en ebullición constante o el amoníaco altamente cáustico. Durará mucho tiempo y se cargará rápidamente.
Será relativamente barato, ya que no necesitará litio ni otros metales exóticos, y podrá fabricarse con materiales abundantes y de bajo coste. Además, será 100% reciclable.
“Nuestra batería tiene una energía por unidad de masa comparable a la de las baterías de iones de litio disponibles en el mercado, pero es mucho más segura y más respetuosa con el planeta, ya que extrae menos recursos de la tierra”, afirma John Andrews, investigador principal y profesor del RMIT, en un comunicado de prensa.
“Además, nuestra batería es potencialmente capaz de cargarse muy rápido”, prosiguió.
“El principal recurso utilizado en nuestra batería de protones es el carbono, que es abundante, está disponible en todos los países y es barato en comparación con los recursos necesarios para otros tipos de baterías recargables, como el litio, el cobalto y el vanadio”.
“Tampoco hay problemas medioambientales al final de la vida útil de una pila de protones, ya que todos los componentes y materiales pueden rejuvenecerse, reutilizarse o reciclarse.”
La eficiencia en los viajes de ida y vuelta es un problema para la mayoría de las cadenas cinemáticas de hidrógeno, ya que la energía se desperdicia durante la electrólisis, la compresión/refrigeración, el almacenamiento y en la pila de combustible al convertir el hidrógeno en electricidad. Pero éste no parece ser el caso.
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“Nuestra pila de protones tiene pérdidas mucho menores que los sistemas de hidrógeno convencionales, lo que la hace directamente comparable a las baterías de iones de litio en términos de eficiencia energética”, afirma Andrews.
Andrews lo aclara en un correo electrónico: “Nuestro objetivo en este momento es alcanzar una eficiencia energética superior al 75% en un viaje de ida y vuelta. Sí, esto dependerá del tiempo y de la tasa de autodescarga, pero esperamos que se pueda minimizar con un diseño óptimo. Como sabrás, es comparable a la de las baterías de iones de litio, y mucho mayor que la de los sistemas convencionales de electrolizadores/almacenamiento de gas H2/pilas de combustible (<45%)”.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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