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(noticias nanowerk) Dos líquidos de colores burbujeando a través de tubos: ¿así será la batería del futuro? El investigador de Empa, David Reber, quiere investigar esta cuestión durante los próximos cuatro años con el apoyo de una subvención Ambizione de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF).
Las denominadas baterías de flujo redox se conocen desde los años 70. A diferencia de las baterías tradicionales de iones de litio, no almacenan energía en electrodos sólidos, sino en tanques con soluciones de electrolitos líquidos. El proceso de carga y descarga no se realiza en los propios tanques; En cambio, los electrolitos se bombean a través de una celda electroquímica.
Las baterías líquidas no son prácticas para teléfonos móviles, portátiles o automóviles. Sin embargo, son muy prometedores para soluciones de almacenamiento estacionarias. Debido a que la energía se almacena fuera de la celda real, las baterías de flujo pueden beneficiarse de un escalamiento simple y específico. Una celda electroquímica más grande acelera la carga y descarga de la batería, y los tanques de electrolito más grandes permiten almacenar más energía.
«A medida que utilicemos cada vez más energía renovable, necesitaremos almacenamiento de energía a gran escala, incluso en zonas urbanas», afirma Reber. Otro punto a favor de las baterías de flujo: si se utilizan electrolitos a base de agua, a diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, en principio no son inflamables.
Densidad de energía subcontratada
Sin embargo, la tecnología aún no se ha consolidado. Reber conoce el principal problema: «Las baterías de flujo tienen una densidad de energía aproximadamente diez veces menor que las baterías fabricadas con materiales de almacenamiento sólidos», explica. Cuanto más material de almacenamiento pueda disolverse en el electrolito, mayor será la densidad de energía de una batería de flujo. “Sin embargo, en concentraciones elevadas la solución se espesa y se necesita mucha más energía para bombearla a través de la célula”, afirma el investigador.
Ahora Reber quiere resolver exactamente este problema en su trabajo en el laboratorio de Empa “Materiales para la conversión de energía”, con un enfoque inusual. Si bien la mayoría de los proyectos de baterías de flujo se centran en mejorar la solubilidad de los materiales de almacenamiento, él quiere desacoplar completamente el almacenamiento de energía de la solución electrolítica.
«Mi visión es desarrollar un híbrido de una especie de batería de flujo y una batería de iones de litio», afirma. Para ello, Reber quiere añadir materiales de almacenamiento sólidos al tanque de la batería de flujo, como los que se utilizan en las baterías de los teléfonos móviles. «Si el material disuelto y el material sólido de almacenamiento están coordinados exactamente entre sí, pueden transferirse energía entre sí», explica Reber. «Esto permite combinar la escalabilidad de las baterías de flujo con la alta densidad de energía de las baterías con materiales de almacenamiento sólidos».
Se busca: materiales adecuados
Pero primero, el investigador debe encontrar pares de materiales adecuados que permitan el intercambio de energía y permanezcan estables durante un período de tiempo más largo. «Lo ideal es que una batería de flujo redox funcione durante unos 20 años», afirma.
Que un par de materiales encajen entre sí depende del llamado potencial redox de las sustancias: a qué voltaje liberan o aceptan electrones. «Ya tengo en mente varias parejas posibles», afirma Reber. Y si un par prometedor no coincide, sus potenciales redox pueden manipularse mediante ciertos cambios químicos. Una de las ideas de Reber es utilizar un quelato como material de almacenamiento disuelto: una molécula orgánica de múltiples brazos que se «envuelve» alrededor de un ion metálico. Dependiendo de cuántos brazos tenga la molécula orgánica (el ligando), el potencial redox cambia.
Reber ya realizó investigaciones sobre baterías de flujo redox basadas en quelatos durante su período postdoctoral en la Universidad de Colorado Boulder, por lo que recibirá el prestigioso Premio Postdoctoral de la División de Baterías en la reunión anual de la Sociedad Electroquímica en Gotemburgo en octubre.
Al final de su período de financiación de cuatro años para Ambizione, Reber espera tener una batería que funcione bien con almacenamiento de estado sólido adicional. «Si este enfoque funciona, los posibles usos son muy diversos», afirma. Por ejemplo, las baterías de flujo compacto con un factor de forma flexible eran mucho más fáciles de integrar en áreas urbanas. “Basta con bombas y algunas tuberías”, añade el investigador.
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