Los investigadores del MIT ha descubierto que una tecnología electroquímica llamada batería de flujo semisólido puede ser una forma rentable de almacenamiento de energía y respaldo para fuentes de energía renovable variable (variable renewable energy, VRE, por sus siglas en inglés) como la eólica y la solar.
Han creado una batería de flujo semisólida que podría superar a las de iones de litio y redox de vanadio. La pila cuenta con un nuevo electrodo hecho de partículas dispersas de dióxido de manganeso atravesadas por un aditivo conductor de la electricidad, el carbón negro.
La batería de flujo de dióxido de zinc y dióxido de manganeso (Zn-MnO2) para el almacenamiento de energía de larga duración podría ser más barata que otras tecnologías de almacenamiento.
La particularidad de la batería es un nuevo tipo de electrodo formado por una mezcla que contiene partículas dispersas de dióxido de manganeso (MnO2), atravesadas por un aditivo conductor de la electricidad, el carbono negro. Este último se utilizó para añadir el pigmento y el impulso eléctrico al compuesto semisólido.
“Este compuesto reacciona con una solución conductora de zinc o una placa de zinc en la pila, lo que permite una conversión electroquímica eficiente de la energía”, explican los científicos. Las propiedades de los fluidos de esta pila están muy alejadas de las soluciones acuosas que utilizan otras pilas de flujo.
La batería de flujo se sometió a pruebas que demostraron que ofrece una mezcla electroquímica óptima.
“Estos sistemas tienen que ser capaces de fluir a presiones razonables, pero también tener un límite elástico débil para que las partículas activas de MnO2 no se hundan en el fondo de los tanques de flujo cuando el sistema no se esté utilizando, así como no separarse en una fase de fluido transparente de la batería y una pasta densa de partículas de carbono y MnO2”, dijo el investigador Gareth McKinley.
“Es un semisólido, un lodo”, dice Narayanan. “Como una pintura negra y espesa, o tal vez un helado cremoso”, sugiere McKinley.
Resultados sorprendentes
Los científicos se mostraron sorprendidos por los resultados de un análisis técnico-económico que comparaba el rendimiento de la batería con una batería electroquímica equivalente y un respaldo de hidrógeno.
La serie de experimentos sirvió de base para el análisis técnico-económico. Al conectar los puntos entre la composición, el rendimiento y el costo, los investigadores pudieron hacer cálculos de costo y eficiencia a nivel de sistema para la batería de Zn-MnO2.
Compararon la batería de Zn-MnO2 con un conjunto de sistemas equivalentes de baterías electroquímicas y de respaldo de hidrógeno, analizando los costos de capital de su funcionamiento durante ocho, 24 y 72 horas.
“Realizamos un análisis exhaustivo y ascendente para entender cómo la composición de la batería afecta al rendimiento y al coste, examinando todas las compensaciones”, dijo el investigador Thaneer Malai Narayanan. “Demostramos que nuestro sistema puede ser más barato que otros y que se puede ampliar”.
Según la investigación, cuando las baterías comparadas se descargan durante más de 24 horas, la batería de flujo semisólido supera a las de iones de litio y a las de flujo de redox de vanadio. “Esto es así incluso teniendo en cuenta el elevado gasto que supone el bombeo de la solución de MnO2 desde el depósito hasta la pila”, señalan.
Los investigadores describieron la batería como un “electrodo semisólido de dióxido de manganeso de bajo costo para baterías de flujo”.
El equipo tiene previsto seguir trabajando en el sistema de Zn-MnO2 para ver dónde puede encajar. “El siguiente paso es tomar nuestro sistema de baterías y construirlo”, dice Narayanan. “Nuestra investigación también señala el camino hacia otras químicas que podrían desarrollarse bajo la plataforma de la batería de flujo semisólido, por lo que podríamos ver este tipo de tecnología utilizada para el almacenamiento de energía en nuestro tiempo”.
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