Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han desarrollado un componente crucial para un nuevo tipo de sistema de batería estacionaria de bajo costo que utiliza materiales comunes y está diseñado para el almacenamiento de electricidad a escala de red.

Grande, Los sistemas económicos de almacenamiento de electricidad pueden beneficiar a la red de la nación de muchas formas:equilibrando las cargas entre las horas punta y las horas de menor demanda; suministro de energía durante cortes; almacenar electricidad de fuentes fluctuantes como la energía eólica y solar; y acomodar la carga extremadamente rápida de vehículos eléctricos.

La red se basa principalmente en instalaciones hidroeléctricas para el almacenamiento de energía, aunque están aumentando los sistemas estacionarios que utilizan baterías de iones de litio. Sin embargo, el litio es caro y se obtiene principalmente de países fuera de los Estados Unidos.

Algunas empresas de servicios públicos han estado probando sistemas de baterías de flujo redox (RFB) que son un cruce entre una batería convencional y una celda de combustible. Los RFB se adaptan bien a las aplicaciones de red porque son duraderos, larga vida fácilmente escalable, y tener un tiempo de respuesta rápido. Sin embargo, la mayoría de los RFB que se están probando en la actualidad se basan en un sistema a base de agua (acuoso), lo que reduce la cantidad de electricidad que se puede almacenar, también llamada densidad de energía.

Una batería de flujo no acuoso que utiliza Los materiales de bajo costo en lugar del agua y que pueden almacenar mayores cantidades de energía en un volumen menor ha sido una prioridad para los científicos de baterías. Uno de los obstáculos ha sido el desarrollo de una membrana adecuada para separar los electrolitos positivos y negativos de la batería y permitir la transferencia de iones.

Los científicos de ORNL ahora han desarrollado una membrana para una base de sodio, RFB no acuoso que podría duplicar o triplicar la densidad de energía que se ve normalmente en los RFB de base acuosa. El trabajo está siendo financiado por la Oficina de Electricidad del Departamento de Energía y su programa de Almacenamiento de Energía, y por financiamiento dirigido por laboratorio en ORNL.

La membrana está hecha de un común, polímero de bajo costo, óxido de polietileno (PEO). Su conductividad se incrementó en la friolera de 100 veces con la adición de un plastificante:tetraetilenglicol dimetiléter. Sin embargo, la mezcla también redujo la resistencia mecánica de la membrana. Para compensar ese efecto, los científicos mezclaron el PEO con carboximetilcelulosa, otra común, material seguro que se utiliza a menudo como espesante en la industria alimentaria. La combinación de las tres sustancias da como resultado una membrana muy duradera que se espera que funcione bien en baterías de alta energía.

"Los sistemas redox no acuosos funcionan a alto voltaje, permitiendo una mayor densidad de energía. Pero la clave es lograr una alta densidad de energía sin penalización de costos, "dijo Jagjit Nanda, investigador principal del proyecto en la División de Ciencia y Tecnología de Materiales de ORNL.

Rose Ruther, colaborador de la División de Ciencias de la Energía y el Transporte, dijo que "se trata realmente de la química del sistema y de comprender cómo se vincula todo y por qué estamos obteniendo esta gran mejora en la conductividad con la membrana".

La investigación se detalla en un artículo de revista, "Bajo costo, mecánicamente robusto, membranas conductoras de iones de sodio para baterías de flujo redox no acuosas, "publicado recientemente en Letras de energía ACS .

"Hay un gran impulso para encontrar soluciones de almacenamiento de energía para la red. Los grandes sistemas de almacenamiento de energía pueden ser una propuesta muy costosa, "Dijo Ruther." El costo escala con el tamaño, así que si podemos aumentar la densidad de energía, eso puede resultar en un gran ahorro ".

"El santo grial es un sistema que no utiliza lo escaso, recursos costosos y tiene un mayor potencial de comercialización a un costo menor "que las tecnologías de baterías actuales, Dijo Nanda. "El eslabón más débil del sistema es la membrana, y hemos avanzado para resolver este problema con este nuevo, prototipo de bajo costo ".

El siguiente paso en el proyecto es seguir desarrollando la membrana para hacerla más selectiva en la prevención del cruce de contraiones y mejorar su flexibilidad mecánica y robustez.