Científicos de Pacific Northwest National Laboratory, dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos, cuyo centro principal se encuentra en Richland, Washington, han creado una batería de sal fundida diseñada para la red eléctrica que almacena energía durante meses sin perder mucha capacidad de almacenamiento.
El desarrollo de la ‘batería de congelación-descongelación’, que congela su energía para usarla más tarde, es un paso hacia las baterías que se pueden usar para el almacenamiento estacional: ahorrando energía en una estación, como la primavera, y gastándola en otra, como otoño. Esta investigación marca un paso importante hacia una solución de almacenamiento de batería estacional que supera las limitaciones de autodescarga de las tecnologías de batería actuales.
El prototipo es pequeño, del tamaño de un disco de hockey, pero su valor científico es enorme y predice un momento en que la energía de fuentes intermitentes, como la luz solar y el viento, se puede almacenar durante mucho tiempo.
El trabajo de los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico se publicó el 23 de marzo en Cell Reports Physical Science.
Las baterías también mejorarían la capacidad de las empresas de servicios públicos para resistir un corte de energía durante tormentas severas, poniendo a disposición grandes cantidades de energía para alimentar la red después de un huracán, un incendio forestal u otro desastre.
Congelación-descongelación
La batería se carga primero calentándola a 180 grados centígrados, lo que permite que los iones fluyan a través del electrolito líquido para crear energía química. Después, la batería se enfría a temperatura ambiente, esencialmente bloqueando la energía de la batería. El electrolito se vuelve sólido y los iones que transportan energía permanecen casi inmóviles. Cuando se necesita la energía, la batería se recalienta y la energía fluye.
El fenómeno de congelación y descongelación es posible porque el electrolito de la batería es sal fundida, un primo molecular de la sal común de mesa. El material es líquido a temperaturas más altas pero sólido a temperatura ambiente.
El concepto de congelación y descongelación evita un problema familiar para cualquiera que haya dejado su automóvil sin usar durante demasiado tiempo: una batería que se descarga automáticamente cuando está inactiva. Una tasa de descarga rápida, como la de las baterías en la mayoría de los automóviles u ordenadores portátiles, obstaculizaría una batería de red diseñada para almacenar energía durante meses. En particular, la batería de congelación y descongelación del PNNL ha conservado el 92% de su capacidad durante 12 semanas. En otras palabras, la energía no se degrada mucho; se conserva, como la comida en un congelador.
Batería de sal fundida
El equipo evitó materiales raros, costosos y altamente reactivos. En cambio, la batería de sal fundida de aluminio y níquel está repleta de materiales comunes y abundantes en la Tierra. El ánodo y el cátodo son placas sólidas de aluminio y níquel, respectivamente. Están sumergidos en un mar de electrolito de sal fundida que es sólido a temperatura ambiente pero fluye como líquido cuando se calienta. El equipo agregó al electrolito azufre, otro elemento común y de bajo costo, para mejorar la capacidad energética de la batería.
Una de las mayores ventajas de la batería es la composición de un componente, llamado separador, colocado entre el ánodo y el cátodo. La mayoría de las baterías de sal fundida de alta temperatura requieren un separador cerámico, que puede ser más costoso de fabricar y susceptible de romperse durante el ciclo de congelación y descongelación. La batería PNNL usa fibra de vidrio simple, posiblemente debido a la química estable de la batería. Esto reduce los costos y hace que la batería sea más resistente cuando se somete a ciclos de congelación y descongelación.
Materiales comunes y menos costosos
Reducir los costos de la batería es fundamental. Es por eso por lo que los investigadores han elegido materiales comunes y menos costosos para trabajar, enfocándose en quitar el separador de cerámica.
La energía de la batería se almacena a un costo de materiales de alrededor de 23 dólares americanos por kWh, medido antes de un aumento reciente en el costo del níquel. El equipo está explorando el uso de hierro, que es menos costoso, con la esperanza de reducir el costo de los materiales a alrededor de 6 dólares por kWh, aproximadamente 15 veces menos que el costo de los materiales de las baterías de iones de litio actuales.
Ciclos de carga y descarga largos
La densidad de energía teórica de la batería es de 260 Wh por kilogramo, más alta que las baterías de plomo-ácido y de flujo actuales.
Los investigadores señalan que las baterías diseñadas para el almacenamiento estacional probablemente se carguen y descarguen solo una o dos veces al año. A diferencia de las baterías diseñadas para alimentar automóviles eléctricos, ordenadores portátiles u otros dispositivos de consumo, no es necesario que duren cientos o miles de ciclos. La organización Battelle, que opera PNNL, ya ha solicitado la patente sobre la tecnología.
Fuente: smartgridsinfo.es