25/04/2013 - Nuevo diseño en baterías de flujo, ¿la solución al almacenamiento de energía?

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Investigadores del Departamento de Energía del SLAC (National Accelerator Laboratory)  y de la Universidad de Stanford,han diseñado una bateríade bajo coste y de larga vida útil que podría permitir a las energías renovables, en especial solar y eólica, ampliar su rango de cobertura al sistema eléctrico.

"Para conseguir una mayor utilización de la energía solary eólica se hace necesaria la acumulación y por ello la utilización de baterías hechas con materiales económicos, fácilmente escalables y con un buen nivel de eficiencia", esto opina YiCui, profesor asociado del departamento de Ciencia de Materiales eIngeniería de la Universidad de Stanford ymiembro del Instituto de Materialesy Ciencias de la Energía.

Los primeros resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Energy & Environmental Science.

Actualmente la red eléctricano puede tolerar fluctuaciones de potencia repentinas causadas por grandes oscilaciones enla luz del solo de viento. Con un enfoque de contribución global de energía renovable al sistema eléctrico de un 20 %, los sistemas de almacenamiento de energía podrán permitir amortiguar sus puntas y descensos de potencia y energía aportada a la red eléctrica por las renovables.

Actualmente, las baterías de flujo representa la tecnología más prometedora para el almacenamiento intermitente de energía, ya que son fácilmente escalables tanto en cuanto a la capacidad de sus depósitos de almacenamiento, bombas o redes.

Las baterías de flujo de bombean dos líquidos diferentes a través de una cámara de interacción donde las moléculas disueltas experimentan reacciones químicas que almacenan o ceden energía. La cámara contiene una membrana que permite a los iones, no involucrados en las reacciones, pasar entre los líquidos mientras se mantiene los iones activos físicamente separados.

Estemodelo de diseño de batería tiene dos inconvenientes principales: el elevado coste de los líquidos que contienen materiales especiales tales como el vanadio - especialmente necesario en las grandes cantidades para poder realizar un elevado nivel de almacenamiento - y la membrana, que también es muy cara además de requerir un mantenimiento frecuente.

Estos diagramascomparan nuevo diseño de batería de flujo de iones de polisulfuro Stanford / SLAC 's con baterías de flujo redox "convencionales". La nueva batería de flujo utiliza un solo tanque y bomba y utiliza un recubrimiento simple en lugar de una membrana costoso para separar el ánodo y el cátodo. Crédito: Greg Stewart, Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC

Nuevo diseño y nuevos materiales

Es nuevo diseño de la batería realizado por los investigadores de Stanford/SLACutiliza sólo una corriente de moléculas,y no necesita ninguna membrana. Las moléculas utilizadas provienen en su mayoríade elementos relativamente baratos y abundantes, como el Litio y Azufre, que interactúan con una pieza de metalde Litiorevestido conuna barrera que permitea los electrones pasar sin degradar el metal.

Cuando se descarga, lasmoléculas, denominadas polisulfuros de litio, absorben los iones de litio. Y cuando se cargan, estas los ceden de nuevo al líquido. Este flujo de corriente molecular se disuelve en un disolvente orgánico, que no presenta los problemas de corrosión de baterías de flujo a base de agua.

"En las pruebas de laboratorio iniciales, la nueva batería también mantiene un excelente rendimiento de almacenamiento de energía a través de más de 2.000 cargas y descargas, lo que equivale a más de 5,5 años con ciclos diarios", dijo Cui.

Para demostrar su concepto, los investigadores crearon un sistema en miniatura usando un matraz de cristal. Añadiendo una solución de polisulfuro de litio en el matraz inmediatamente produce electricidad que ilumina un LED.

La escalabilidad de este nuevo diseño, le permitiría convertirse en un sistema de almacenamiento de hasta varios MWh de energía eléctrica.

En el futuro, el grupo de Cui tiene previsto hacer un sistema a escala en laboratorio para optimizar su proceso de almacenamiento de energía e identificar posibles problemas de ingeniería, y para iniciar una prueba en campo a gran escala.

Para más información:

Yuan Yang, Guangyuan Zheng and Yi Cui, Energy Environ. Sci., 2013 http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/EE/C3EE00072A

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Phys.org

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