Los investigadores del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping han demostrado por primera vez una batería orgánica. Es del tipo conocido como “batería de flujo redox” con una gran capacidad que puede ser utilizada para almacenar energía de turbinas eólicas y células solares, y como banco de energía para automóviles.
Las baterías de flujo redox son baterías estacionarias en las que la energía se encuentra en el electrolito, fuera de la propia célula, como en una pila de combustible. A menudo se comercializan con el prefijo “eco”, ya que abren la posibilidad de almacenar el exceso de energía renovable procedente, por ejemplo, del sol y del viento.
Además, parece ser posible recargarlos un número ilimitado de veces. Sin embargo, las baterías de flujo redox suelen contener vanadio, un metal escaso y caro. El electrolito en el que se almacena la energía en una batería de flujo redox puede ser de base acuosa, lo que hace que la batería sea segura de usar, pero da lugar a una menor densidad de energía.
Mikhail Vagin, ingeniero investigador principal, y sus colegas del Laboratorio de Electrónica Orgánica, Campus Norrköping, han logrado producir no sólo un electrolito a base de agua sino también electrodos orgánicos, lo que aumenta considerablemente la densidad de energía. De esta manera es posible fabricar baterías de flujo redox completamente orgánicas para el almacenamiento de la energía solar y eólica, y para compensar la variación de carga en la red de suministro eléctrico.
Molécula de quinona
Han utilizado el polímero conductor PEDOT para los electrodos, que han dopado para transportar iones positivos (cationes) o negativos (aniones). El electrolito a base de agua que han desarrollado consiste en una solución de moléculas de quinona, que puede ser extraída de materiales forestales.
“Las quinonas pueden derivarse de la madera, pero aquí hemos utilizado la misma molécula, junto con diferentes variantes del polímero conductor PEDOT. Resulta que son altamente compatibles entre sí, lo que es como un regalo del mundo natural”, dice Viktor Gueskine, ingeniero investigador principal del Laboratorio de Electrónica Orgánica, y uno de los autores del artículo que ahora se publica en Advanced Functional Materials.
La alta compatibilidad significa que los electrodos PEDOT ayudan a las moléculas de quinona a cambiar entre sus estados oxidados y sus estados reducidos, y de esta manera crear un flujo de protones y electrones.
“Normalmente es difícil controlar el proceso de los iones, pero lo hemos conseguido aquí. También utilizamos un fenómeno fundamental dentro de la electrocatálisis en el que un ión especial en solución, en este caso los iones de quinona, se convierte en electricidad”, dice Mikhail Vagin.
“El fenómeno es conceptualizado por nosotros como electrocatálisis selectiva de iones, y probablemente existe en otros tipos de dispositivos de almacenamiento de membrana como baterías, pilas de combustible y supercapacitores. Este efecto nunca ha sido discutido anteriormente. Lo mostramos por primera vez en baterías de flujo redox”, Siguió explicando el Ing. Vagin.
Figura 1. Mikhail Vagin y el estudiante de doctorado Penghui Ding, Laboratorio de Electrónica Orgánica
Baterías de flujo redox orgánicas: serán más económicas
Las baterías de flujo redox orgánicas todavía tienen una densidad de energía menor que las baterías que contienen vanadio, pero son extremadamente baratas, completamente reciclables, seguras y perfectas para almacenar energía y compensar las variaciones de carga en la red de suministro eléctrico. Tal vez en el futuro tengamos una batería de flujo redox orgánica en casa, como un banco de energía para el coche eléctrico.
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