Nuevos pares redox para almacenamiento masivo de energía en baterías de flujo

Abstract

El almacenamiento de energía y la gestión de las redes eléctricas se están convirtiendo en una cuestión fundamental en aquellos países que están poniendo más énfasis en la producción eléctrica a partir de fuentes renovables. La generación eléctrica de origen renovable es intrínsecamente intermitente, por lo tanto a medida que se aumenta su contribución a la producción eléctrica total, se hace más necesario disponer de sistemas de almacenamiento masivo de la energía. Entre las diversas tecnologías de almacenamiento de energía que existen, las baterías, son ampliamente utilizadas. Entre los diferentes tipos de baterías las que mayor potencial muestran para el almacenamiento masivo estacionario de energía son las baterías de flujo. En este tipo de batería las reacciones redox que permiten acumular y liberar energía tienen lugar en el electrolito, que es bombeado al electrodo correspondiente desde un deposito central. Por tanto, la cantidad de energía que almacenan estos dispositivos depende de la cantidad de electrolito que acumulan, mientras que su potencia es función de la velocidad de las reacciones que se producen. La concentración del par redox activo es importante para ambos parámetros. Aunque se han propuesto múltiples reacciones para las baterías de flujo, las tres que han alcanzado mayor desarrollo son: polisulfuro de bromo (PSB), vanadio redox (VRB) y zinc bromo (ZnBr). En todos los casos se trata de baterías con eficiencias energéticas entre el 75 y el 85%, y tensiones de celda entre 1,4 y 1,8 V, que debidamente combinadas forman configuraciones de alta intensidad de corriente y alto voltaje con muy pocas perdidas por autodescarga. Sin embargo todas ellas presentan aún serios inconvenientes que impiden que se conviertan en tecnologías plenamente comerciales ya que sus costes de operación y las inversiones que requieren no son competitivos. La optimización puede plantearse por dos vías, reduciendo la inversión y/o aumentando la densidad de potencia, para lo cual se proponen las siguientes estrategias: ¿ Investigar y seleccionar nuevas reacciones que impliquen el uso de materiales más abundantes y baratos. Los principales costes tienen que ver no sólo con la complejidad del diseño de estos dispositivos, sino también con el coste de los electrolitos, especialmente en el caso de las baterías de vanadio, que son las que se encuentran más próximas a la comercialización, y también con el coste de la membrana separadora que habitualmente es de tipo Nafion® o similar. ¿ Diseñar y preparar electrodos de elevada superficie específica, porosidad controlada y modificarlos de forma que aumente la impregnación del electrolito. Esto debería aumentar la cinética de las reacciones y por lo tanto incrementar la potencia específica. En el presente estudio se han desarrollado reacciones de oxidación-reducción con electrolitos de hierro y cobre, las cuales serían una opción viable en cuanto a costes para el desarrollo comercial de las baterías de flujo. El voltaje obtenido en una de estas baterías es inferior al alcanzado en las de PSB, VRX o ZnBr pero sería posible realizar una optimización de los dispositivos de forma que se alcance un compromiso entre inversión necesaria y rendimiento de la batería para poder cumplir con los requerimientos energéticos actuales.