Para sostener la civilización humana en el futuro, Se deben aprovechar las fuentes de energía limpia para reemplazar los combustibles fósiles que ahora están contaminando nuestra atmósfera. La energía solar y eólica puede suministrar toda la energía necesaria. Sin embargo, se necesitará almacenamiento cuando el sol no brille y el viento no sople.

Las baterías de flujo orgánico son potencialmente más seguras, alternativa menos costosa a las baterías de iones de litio y las baterías de flujo de vanadio para el almacenamiento de energía renovable a gran escala.

Ahora, Los investigadores de Harvard han demostrado una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento de mayor duración hasta la fecha. Apodada la quinona de Matusalén, en honor a la figura bíblica más longeva, esta molécula podría almacenar y liberar energía de manera útil muchas decenas de miles de veces durante períodos de varios años.

La investigación se publica en la revista Joule .

La investigación fue codirigida por Roy Gordon, el profesor de química Thomas Dudley Cabot y profesor de ciencia de los materiales, y Michael Aziz, el profesor Gene y Tracy Sykes de tecnologías de materiales y energía en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson.

"Diseñamos y construimos un nuevo compuesto orgánico que puede almacenar energía eléctrica y también tiene una vida muy larga antes de que se descomponga, ", dijo Gordon." Descubrimos procesos de degradación de las moléculas que usamos anteriormente en las baterías de flujo. Entonces creamos nuevos moléculas más estables que evitan estos problemas ".

"En trabajos anteriores, habíamos demostrado una química con una larga vida útil pero bajo voltaje, lo que conduce a un bajo almacenamiento de energía por molécula, lo que conduce a un alto costo para una determinada cantidad de energía almacenada, "dijo Aziz." Ahora, tenemos la primera química que tiene estabilidad a largo plazo y llega a más de un voltio, que se considera comúnmente el umbral para el despliegue comercial. Creo que es la primera batería de flujo de base orgánica que cumple con todos los criterios técnicos para una implementación práctica ".

La nueva química se basa en investigaciones anteriores dirigidas por Aziz y Gordon. La molécula de Matusalén es una quinona modificada, un abundante, Molécula de origen natural que es parte integral de procesos biológicos como la fotosíntesis y la respiración celular. Colaborando con el profesor de química teórica Alán Aspuru-Guzik, su equipo de investigación caracterizó el proceso de degradación de moléculas de quinona anteriores en baterías de flujo e hizo modificaciones para aumentar la vida del calendario.

En experimentos en sus laboratorios, la molécula de Matusalén tenía una tasa de desvanecimiento de menos del 0,01 por ciento por día y menos del 0,001 por ciento por ciclo de carga / descarga, lo que se extrapola a menos del 3 por ciento de degradación en el transcurso de un año, y una operación útil durante decenas de miles de ciclos.

Matusalén también demostró ser muy soluble, lo que significa que puede almacenar más energía en un espacio más pequeño. Opera en un electrolito alcalino débil, reduciendo el costo de la batería al permitir el uso de materiales de contención económicos y una membrana de polímero económica para separar los terminales positivo y negativo.

Todos estos avances reducen el costo de almacenamiento y pueden hacer que las químicas de almacenamiento orgánico sean rentables para descargas de larga duración.

"Esta investigación demuestra el potencial de los orgánicos, "dijo David Kwabi, becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo. "Demostramos que las moléculas orgánicas son viables, duradero, alternativa rentable a las costosas baterías de vanadio ".

La investigación fue apoyada por el programa de almacenamiento de energía de la Oficina de Electricidad del DOE de EE. UU. por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada — Energía, por Innovation Fund Denmark, por el Centro de Tecnología de Energía Limpia de Massachusetts, y por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard.

"Este importante trabajo representa un avance significativo hacia el bajo costo, baterías de flujo de larga duración, "dijo Imre Gyuk, Director del programa de almacenamiento de la Oficina de Electricidad del DOE. "Estos dispositivos son necesarios para permitir que la red eléctrica absorba cantidades crecientes de generación renovable verde pero variable".

Con la ayuda de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard (OTD), los investigadores buscan socios comerciales para ampliar la tecnología para aplicaciones industriales. Harvard OTD ha presentado una cartera de patentes pendientes sobre innovaciones en tecnología de baterías de flujo.