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    Un nuevo diseño para baterías de flujo

    La configuración para probar la celda de la batería de flujo redox de vanadio. MEA está montado en un trípode sobre la bomba peristáltica. Los tanques se llenan con electrolito de vanadio (antes del inicio del proceso de carga). Crédito:autores del estudio.

    En 2020, China planea lanzar el complejo de baterías más grande del mundo con una capacidad de 800 MW * h (aproximadamente esta cantidad de energía por año es consumida por un hogar con 200 apartamentos). Este complejo no se basa en las habituales baterías de iones de litio o de plomo-ácido, pero en la batería de flujo redox donde la electricidad se almacena en forma de energía química de soluciones:electrolitos. La batería consta de dos tanques en los que se almacenan los electrolitos y el conjunto de membrana y electrodo (MEA):las soluciones se suministran a MEA mediante bombas donde experimentan reacciones electroquímicas que proporcionan la carga y descarga de la batería.

    Debido a esta configuración, baterías de flujo redox, a diferencia de muchos otros dispositivos de almacenamiento de energía, permitir el escalado independiente de la potencia y la capacidad de la batería, que están determinados por el tamaño de MEA y el volumen de electrolito, respectivamente. Además, Las baterías de flujo redox exhiben una autodescarga mínima durante períodos prolongados y sus electrolitos no se degradan incluso después de decenas de miles de ciclos de funcionamiento. haciéndolos candidatos prometedores para almacenar grandes cantidades de energía en las redes eléctricas inteligentes. Por ejemplo, pueden almacenar el exceso de electricidad generada por las células solares fotovoltaicas durante el día y generar electricidad de respaldo por la noche o en días nublados.

    "Las baterías de flujo se están integrando activamente en las redes eléctricas de China, Alemania y otros países, por un lado, y por otro lado, se siguen desarrollando y perfeccionando en los laboratorios, "comenta uno de los autores del trabajo, investigador en el NTI Competence Center en IPCP RAS, Dmitry Konev. "Hemos propuesto un diseño completamente nuevo de MEA, lo que facilitará el proceso de investigación y reducirá en gran medida el umbral de entrada de nuevos grupos de investigación en esta área. En el futuro, esto ayudará a lograr un progreso significativo y llevará los recursos energéticos distribuidos desde el posicionamiento de nicho hasta un nivel muy alto de comercialización, incluso en Rusia ".

    Corte por láser de placas de flujo de láminas de grafito. Crédito:autores del estudio

    Sandwich con relleno láser

    El MEA es el corazón de la batería de flujo. Parece un sándwich de diferentes materiales de láminas, dividido en dos partes simétricas suministradas con su propio electrolito. Cuando la batería está conectada a una fuente de alimentación, el único electrolito se oxida, mientras que otro se reduce y así se carga la batería. Después, la fuente de energía se puede desconectar y reemplazar con un consumidor de energía; los electrolitos se someterán a procesos inversos y la batería comenzará a descargarse.

    Una parte importante del MEA son las placas de campo de flujo, capas sándwich a través de las cuales se bombea el electrolito a los electrodos donde los electrolitos se oxidan o reducen. El rendimiento de la batería, es decir, potencia y eficiencia, dependen en gran medida de qué tan bien estén organizados los campos de flujo. Por lo tanto, Los investigadores a menudo seleccionan diferentes tipos de campos para optimizar el rendimiento de la batería, pero esta es una tarea muy laboriosa:los campos de flujo se muelen en densas placas de grafito, que es un procedimiento que requiere mucho tiempo. Los investigadores rusos han propuesto un enfoque diferente.

    "Formamos campos de flujo utilizando varias capas delgadas de materiales de grafito flexible:los patrones necesarios en ellos se cortan con un láser y luego estas capas se superponen entre sí para obtener el campo requerido, "dice el primer autor de la obra, Roman Pichugov, investigador de la Universidad de Mendeleev. "El procedimiento para crear campos de flujo toma solo unos minutos, que es mucho menor que el fresado tradicional de grafito. Más, se utilizan materiales más baratos, y como un resultado, hay más posibilidades de variación y selección de campos de flujo ".

    Representación esquemática del MEA desarrollado de la batería de flujo redox. Crédito:autores del estudio

    De celda a pila

    Las baterías de flujo pueden funcionar con diferentes tipos de electrolitos. Los más comunes (incluidos los que se instalan en China y se están introduciendo en otros países) utilizan electrolitos de vanadio, a saber, soluciones de sales de vanadio. Este es el electrolito en el que los científicos rusos probaron el diseño de su celda. Clasificaron varios tipos de campos de flujo, varió el caudal de electrolito y obtuvo resultados que a nivel cualitativo coinciden con los mejores estudios mundiales y a nivel cuantitativo incluso los superan levemente:la potencia del MEA probado superó ligeramente la potencia de celdas similares en grafito.

    Por lo tanto, El nuevo diseño de MEA está simplificando enormemente las pruebas de laboratorio y, en el futuro, se puede utilizar en sistemas reales de almacenamiento de energía para redes eléctricas distribuidas. Los científicos rusos, en colaboración con InEnergy LLC, están desarrollando y probando una batería de flujo de vanadio compuesta por 10 celdas de este tipo con una potencia total de 20 vatios. La construcción de la celda en sí y la pila de 10 celdas están protegidas por patentes, el último de los cuales pertenece a la empresa ADARM, creado por los empleados de MUCTR. Además, Los científicos están desarrollando otros tipos de baterías de flujo que utilizan diferentes electrolitos sobre la base del diseño propuesto de MEA.


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