Los científicos de la USC han desarrollado una nueva batería que podría resolver el problema del almacenamiento de electricidad que restringe el uso generalizado de energía renovable.

La tecnología es un nuevo giro en un diseño conocido que almacena electricidad en soluciones, clasifica los electrones y libera energía cuando es necesario. Las llamadas baterías de flujo redox han existido por un tiempo, pero los investigadores de la USC han construido una versión mejor basada en materiales de bajo costo y fácilmente disponibles.

"Hemos demostrado una economía larga vida, batería de flujo segura y ecológica atractiva para almacenar la energía de los sistemas de energía solar y eólica a gran escala, "dijo el profesor de química Sri Narayan, autor principal del estudio y codirector del Instituto de Investigación de Hidrocarburos Loker de la USC.

El estudio se publicó hoy en la Revista de la Sociedad Electroquímica .

El almacenamiento de energía es un gran obstáculo para la energía renovable porque la demanda de energía no siempre coincide cuando las turbinas eólicas giran o el sol golpea los paneles solares. La búsqueda de una solución de almacenamiento viable enfrenta múltiples desafíos, que es el problema que los científicos de la USC buscaban resolver.

Se centraron en la batería de flujo redox porque es una tecnología probada y hasta ahora se ha implementado en aplicaciones limitadas. Utiliza fluidos para almacenar energía electroquímica, clasificar electrones y recombinarlos por reducción y oxidación, y liberándolos para producir electricidad cuando sea necesario.

La innovación clave lograda por los científicos de la USC implica el uso de diferentes fluidos:una solución de sulfato de hierro y un tipo de ácido. El sulfato de hierro es un producto de desecho de la industria minera; es abundante y económico. El ácido antraquinona disulfónico (AQDS) es un material orgánico, ya utilizado en algunas baterías de flujo redox por su estabilidad, potencial de solubilidad y almacenamiento de energía.

Si bien los dos compuestos son bien conocidos individualmente, es la primera vez que se combinan para demostrar el potencial de almacenamiento de energía a gran escala. Las pruebas en el laboratorio de la USC demostraron que la batería tiene grandes ventajas sobre la competencia.

Por ejemplo, El sulfato de hierro es barato y abundante (una moneda de diez centavos compra alrededor de 2.2 libras), mientras que la fabricación a gran escala de AQDS costaría alrededor de $ 1.60 por libra. A esos precios, los costos de material para el tipo de batería desarrollado por los científicos de la USC costarían $ 66 por kilovatio hora; si se fabrica a escala, la electricidad costaría menos de la mitad de la energía derivada de las baterías redox que utilizan vanadio, que es más caro y tóxico.

También, en pruebas en la USC, los investigadores encontraron que la batería de hierro-AQDS puede realizar ciclos, o recargar, cientos de veces sin prácticamente pérdida de energía, a diferencia de las tecnologías de la competencia. La durabilidad de los sistemas de almacenamiento de energía es importante para un uso a gran escala.

"Los materiales desarrollados son altamente sostenibles, "dijo Surya Prakash, coautor del estudio y director del Instituto Loker, quien colabora con Narayan en el desarrollo de nuevas quinonas orgánicas. "AQDS se puede fabricar a partir de cualquier materia prima a base de carbono, incluido el dióxido de carbono. El hierro es una tierra abundante, elemento no tóxico ".

La tecnología también tiene ventajas sobre el almacenamiento de baterías de iones de litio. La proliferación de la electrónica de consumo y los vehículos eléctricos, alimentado por baterías de iones de litio, crea escasez para el elemento, lo que aumenta los costos. Sucesivamente, esas economias hacen otras, opciones de almacenamiento de energía menos costosas más atractivas, dice el estudio. También, las baterías de iones de litio no duran tanto, debido a la recarga, como saben la mayoría de las personas que han recargado teléfonos móviles y portátiles.

"... El sistema de batería de flujo de hierro-AQDS presenta una buena perspectiva para cumplir simultáneamente los exigentes requisitos de costo, durabilidad y escalabilidad para el almacenamiento de energía a gran escala, "dice el estudio.

El uso de energía renovable está creciendo, sin embargo, está restringido debido a las limitaciones de almacenamiento de energía. El almacenamiento de solo el 20% de la energía solar y eólica actual requiere una capacidad de reserva de 700 gigavatios hora. Un gigavatio hora es suficiente electricidad para aproximadamente 700, 000 hogares por una hora.

Dijo Narayan:"Hasta la fecha no ha habido económicamente viable, Solución ecológica para el almacenamiento de energía que puede durar 25 años. Las baterías de iones de litio no tienen la vida útil prolongada y las baterías a base de vanadio son costosas, materiales relativamente tóxicos que limitan el uso a gran escala. Nuestro sistema es la respuesta a este desafío. Prevemos que estas baterías se utilizarán en residencial, edificios comerciales e industriales para captar energía renovable ".