Las fuentes de energía renovable pueden fluctuar en la cantidad de energía que pueden proporcionar, razón por la cual las baterías se utilizan para almacenar temporalmente la energía. El problema con las baterías de iones de litio es su corta vida útil, mientras que las baterías de flujo redox tienen, hasta la fecha, Ha sido un costo prohibitivo. Ahora, sin embargo, Los nuevos e innovadores sistemas de flujo redox están disponibles al mismo precio que las baterías de iones de litio, y duran el doble. Volterion es una empresa derivada del Fraunhofer Institute for Environmental, Tecnología de Seguridad y Energía UMSICHT, y ha logrado reducir drásticamente los costos de fabricación involucrados.

Nuestro suministro de energía depende cada vez más de fuentes de energía renovables. Sin embargo, su salida de generación de energía fluctúa ampliamente, lo que requiere un medio para almacenar esa energía eléctrica hasta que se necesite. Los potentes sistemas de baterías también son una parte integral de otras tecnologías modernas, como las soluciones de electromovilidad. La rejilla no está equipada, por ejemplo, para acomodar estaciones de carga rápida que operan a 350 kilovatios. La red eléctrica tampoco cubre todos los lugares donde sería sensato instalar tales estaciones. Las baterías de iones de litio tienen un uso limitado en tales escenarios, sobre todo debido a sus insuficiencias en relación con la durabilidad del ciclo. Dos o tres años de carga y descarga de esas baterías dos o tres veces al día las inutilizarían. Baterías de flujo no tan redox, que ofrecen una durabilidad de ciclo superior. También son no inflamables, reciclable y fácilmente modificable tanto para su capacidad como para su rendimiento. Esto los hace especialmente adecuados para aplicaciones en las que las baterías se encuentran sometidas a altos niveles de estrés. Pero hasta ahora a pesar de estas ventajas, simplemente han tenido un costo prohibitivo.

Las primeras baterías de flujo redox asequibles

Los investigadores de Fraunhofer UMSICHT en Oberhausen han podido reducir drásticamente los costos involucrados en la fabricación de baterías de flujo redox. Las nuevas e innovadoras baterías son fabricadas y comercializadas por la empresa derivada de Fraunhofer, Volterion. Para comprender cómo los investigadores han optimizado la batería de flujo redox, necesitamos echar un vistazo breve a cómo se fabrican estas baterías. Las baterías de flujo redox constan de pilas, que a su vez consisten en celdas electroquímicas para convertir la energía eléctrica en energía química, y tanques de líquido electrolítico para almacenar esa energía química. Esta estructura de pila es la razón principal por la que las baterías de flujo redox son tan caras.

Sin embargo, como el Dr. Thorsten Seipp, ex científico investigador de Fraunhofer UMSICHT y ahora director gerente de Volterion, explica:"Hemos podido reducir el peso de la celda al diez por ciento de la pila, lo que reduce significativamente el costo. Mientras que, en pilas convencionales, el grosor de cada celda era a menudo de ocho a diez milímetros, hemos logrado reducirlo a dos o tres milímetros ". Gracias al ahorro de material, las nuevas baterías de flujo redox cuestan aproximadamente lo mismo que una batería de iones de litio, pero duran el doble. Por primera vez, son asequibles para su uso en una amplia gama de aplicaciones.

La clave está en el material

El éxito se debe ante todo a las mejoras realizadas en el material. Las pilas generalmente están hechas de un compuesto de polímero de grafito. Durante el procesamiento, sin embargo, tales materiales pierden sus propiedades poliméricas. Las largas cadenas de polímero se deshacen, y el material pierde tanto su flexibilidad como parte de su estabilidad. Las conexiones entre celdas no se pueden soldar; en su lugar, las células deben unirse mediante anillos de sellado roscados.

"Lo que hicimos en Fraunhofer UMSICHT fue modificar el material y el proceso de fabricación de tal manera que el material conserve sus propiedades poliméricas. Como resultado, el material permanece estable y flexible y se puede hacer significativamente más delgado, permitiendo que las pilas se suelden entre sí, y eliminar completamente los anillos obturadores de desgaste rápido, "explica Seipp. Esto hace que la producción de las pilas sea mucho más rentable, y las pilas mismas más robustas, también.

Aplicaciones desde plantas de tratamiento de aguas residuales hasta exámenes de resonancia magnética

One of the first applications of the new redox flow batteries is in a sewage treatment plant. The plant currently uses methane to generate power, and there are plans to make use of photovoltaic facilities as well. A 100-kilowatt battery would match the fluctuations in both energy generation and energy demand, and this will allow the sewage treatment plan to meet its entire energy requirements self-sufficiently. Redox flow batteries could also be extremely useful in hospitals as a power source for MRI scanners.

"Each MRI scanner has an output of 200 kilowatts, so if you have three or four running at the same time, the circuit is soon overloaded. Putting in a new power line is an expensive solution, costing 80, 000 euros a kilometer, making a redox flow battery a good alternative, " says Seipp. MRI scanners run for a few minutes at a time, during which period they consume huge amounts of power, before lying dormant until the next examination. That means that any battery powering the device is exposed to multiple charge cycles daily. "Our optimized batteries are as if made for this application—and indeed any application calling for short bursts of power in quantities that the grid cannot reliably provide, " finishes Seipp.

En la actualidad, the researchers at Fraunhofer UMSICHT are working alongside colleagues from Volterion to make further cost savings in the production of the batteries. They are also looking to scale up the size of the applications. At the moment, the batteries are designed to deliver between 100 and 300 kilowatts, but in the future this could be multiple megawatts.