Baterías que fluyen: ¡por favor, vierta electrones por mí!
Los científicos del Instituto Fraunhofer en Alemania están llevando a cabo un serio trabajo de desarrollo en el campo de las baterías eléctricas, alternativas a las clásicas. Con la tecnología de flujo redox, el proceso de almacenamiento de electricidad es realmente radicalmente diferente ...
Las baterías, que se cargan con líquido como combustible, se vierten en un automóvil con motor de gasolina o diésel. Puede sonar utópico, pero para Jens Noack del Instituto Fraunhofer en Pfinztal, Alemania, esto es en realidad la vida cotidiana. Desde 2007, el equipo de desarrollo en el que está involucrado ha estado desarrollando esta forma exótica de batería recargable en pleno apogeo. De hecho, la idea de una batería redox de flujo continuo o llamada batería redox de flujo continuo no es difícil, y la primera patente en esta área se remonta a 1949. Cada uno de los dos espacios de celdas, separados por una membrana (similar a las celdas de combustible), está conectado a un depósito que contiene un electrolito específico. Debido a la tendencia de las sustancias a reaccionar químicamente entre sí, los protones se mueven de un electrolito a otro a través de la membrana y los electrones se dirigen a través de un consumidor de corriente conectado a las dos partes, como resultado de lo cual fluye una corriente eléctrica. Después de cierto tiempo, dos tanques se vacían y se llenan con electrolito nuevo y el usado se “recicla” en las estaciones de carga.
Si bien todo esto se ve muy bien, lamentablemente todavía existen muchos obstáculos para el uso práctico de este tipo de batería en los automóviles. La densidad de energía de una batería redox de electrolito de vanadio está en el rango de solo 30 Wh por kilogramo, que es aproximadamente la misma que la de una batería de plomo ácido. Para almacenar la misma cantidad de energía que una batería moderna de iones de litio de 16 kWh, con el nivel actual de tecnología redox, la batería requerirá 500 litros de electrolito. Además de todos los periféricos, por supuesto, cuyo volumen también es bastante grande: una jaula necesaria para proporcionar una potencia de un kilovatio, como una caja de cerveza.
Estos parámetros no son adecuados para automóviles, dado que la batería de iones de litio almacena cuatro veces más energía por kilogramo. Sin embargo, Jens Noack es optimista, porque los desarrollos en esta área apenas están comenzando y las perspectivas son prometedoras. En el laboratorio, las llamadas baterías de bromuro de polisulfuro de vanadio alcanzan una densidad de energía de 70 Wh por kilogramo y son comparables en tamaño a las baterías de hidruro metálico de níquel que se utilizan actualmente en el Toyota Prius.
Esto reduce el volumen requerido de tanques a la mitad. Gracias a un sistema de carga relativamente simple y económico (dos bombas bombean electrolito nuevo, dos succionan el electrolito usado), el sistema se puede cargar en diez minutos para proporcionar una autonomía de 100 km. Incluso los sistemas de carga rápida como el que se usa en el Tesla Roadster duran seis veces más.
En este caso, no es de extrañar que muchas empresas automotrices recurrieran a la investigación del Instituto y el estado de Baden-Württemberg destinara 1,5 millones de euros para el desarrollo. Sin embargo, aún llevará tiempo alcanzar la fase de tecnología automotriz. “Este tipo de batería puede funcionar muy bien con sistemas de energía estacionarios y ya estamos haciendo estaciones experimentales para la Bundeswehr. Sin embargo, en el campo de los vehículos eléctricos, esta tecnología será adecuada para su implementación en unos diez años”, dijo Noak.
No se requieren materiales exóticos para la producción de baterías redox de flujo continuo. No se requieren catalizadores costosos como el platino utilizado en pilas de combustible o polímeros como las baterías de iones de litio. El elevado coste de los sistemas de laboratorio, que alcanza los 2000 euros por kilovatio de potencia, se debe únicamente a que son únicos y están hechos a mano.
Mientras tanto, los especialistas del instituto planean construir su propio parque eólico, donde se realizará el proceso de carga, es decir, la disposición del electrolito. Con el flujo redox, este proceso es más eficiente que electrolizar agua en hidrógeno y oxígeno y usarlos en celdas de combustible: las baterías instantáneas proporcionan el 75 por ciento de la electricidad utilizada para la carga.
Podemos imaginar estaciones de carga que, junto con la carga convencional de vehículos eléctricos, sirvan como amortiguadores contra la carga máxima del sistema eléctrico. Hoy, por ejemplo, muchas turbinas eólicas en el norte de Alemania deben apagarse a pesar del viento, ya que de lo contrario sobrecargarían la red.
En lo que a seguridad se refiere, no hay peligro. “Cuando se mezclan dos electrolitos, hay un cortocircuito químico que libera calor y la temperatura sube a 80 grados, pero no pasa nada más. Por supuesto, algunos líquidos no son seguros, pero también lo son la gasolina y el diesel. A pesar del potencial de las baterías redox de flujo continuo, los investigadores del Instituto Fraunhofer también están trabajando arduamente para desarrollar tecnología de iones de litio ...
texto: Alexander Bloch
Batería de flujo redox
Una batería de flujo redox es en realidad un cruce entre una batería convencional y una pila de combustible. La electricidad fluye debido a la interacción entre dos electrolitos, uno conectado al polo positivo de la celda y el otro al negativo. En este caso, uno da iones cargados positivamente (oxidación) y el otro los recibe (reducción), de ahí el nombre del dispositivo. Cuando se alcanza un cierto nivel de saturación, la reacción se detiene y la carga consiste en reemplazar los electrolitos por otros nuevos. Los trabajadores se restauran utilizando el proceso inverso.
