14 de noviembre de 2023 (Noticias de Nanowerk) Dos líquidos de colores burbujeando a través de tubos: ¿así será la batería del futuro? El investigador de Empa, David Reber, se ha propuesto responder a esta pregunta durante los próximos cuatro años con el apoyo de una subvención Ambizione de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF). Las denominadas baterías de flujo redox se conocen desde los años 1970. A diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, no almacenan energía en electrodos sólidos sino en tanques que contienen soluciones líquidas de electrolitos. El proceso de carga y descarga no se realiza en los propios tanques; En cambio, los electrolitos se bombean a través de una celda electroquímica. Las baterías líquidas no son prácticas para teléfonos móviles, portátiles o automóviles. Pero son muy prometedores para soluciones de almacenamiento estacionarias. Dado que la energía se almacena fuera de la celda real, las baterías de flujo pueden beneficiarse de un escalado simple y específico. Una celda electroquímica más grande hace que la batería se cargue y descargue más rápido, y los tanques de electrolitos más grandes le permiten almacenar más energía. "A medida que utilicemos más energía renovable, necesitaremos almacenamiento de energía a gran escala, incluso en zonas urbanas", afirma Reber. Otro punto a favor de las baterías de flujo: si se utilizan electrolitos a base de agua, a diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, básicamente no son inflamables.

Densidad de energía subcontratada

Sin embargo, la tecnología aún no se ha popularizado. Reber conoce el principal problema: "Las baterías de flujo tienen una densidad de energía diez veces menor que las baterías fabricadas con materiales de almacenamiento sólidos", explica. Cuanto más material de almacenamiento pueda disolverse en el electrolito, mayor será la densidad de energía de una batería de flujo. "Sin embargo, las concentraciones elevadas espesan la solución y se necesita mucha más energía para bombearla a través de la célula", afirma el investigador. Las baterías de flujo separan el proceso de carga del almacenamiento de energía. (Imagen: Empa) Reber ahora quiere resolver precisamente este problema en su trabajo en el laboratorio de Materiales para la conversión de energía de Empa, con un enfoque inusual. Aunque la mayoría de los proyectos sobre baterías de flujo se centran en una mejor solubilidad de los materiales de almacenamiento, él quiere desacoplar completamente el almacenamiento de energía de la solución electrolítica. "Mi visión es desarrollar una especie de híbrido entre una batería de flujo y una batería de iones de litio", afirma. Para ello, Reber quiere añadir al tanque de la batería de flujo materiales de almacenamiento sólidos, como los que se utilizan en las baterías de los teléfonos móviles. "Si el material disuelto y el material de almacenamiento sólido coinciden exactamente, pueden transferir energía entre sí", explica Reber. "Esto permite combinar la escalabilidad de las baterías de flujo con la alta densidad de energía de las baterías con materiales de almacenamiento sólidos".

Se busca: materiales adecuados

Pero primero, el investigador necesita encontrar pares de materiales adecuados que permitan el intercambio de energía y al mismo tiempo permanezcan estables durante un largo período de tiempo. "Lo ideal es que una batería de flujo redox pueda funcionar durante unos 20 años", afirma. Que un par de materiales encajen depende de lo que se conoce como potencial redox de las sustancias: a qué voltaje donan o aceptan electrones. "Ya tengo en mente varias parejas posibles", afirma Reber. Y si un par prometedor no coincide del todo, sus potenciales redox pueden manipularse con ciertos ajustes químicos. Una de las ideas de Reber es utilizar un quelato como material de almacenamiento disuelto: una molécula orgánica de múltiples brazos que "envuelve" un ion metálico. Dependiendo de cuántos brazos tenga la molécula orgánica (el ligando), el potencial redox cambia. Reber ya realizó investigaciones sobre baterías de flujo redox basadas en quelatos durante su período postdoctoral en la Universidad de Colorado Boulder, por lo que recibirá el prestigioso Premio Postdoctoral de la División de Baterías en la reunión anual de la Sociedad Electroquímica en Gotemburgo en octubre. Al final de su período de financiación de cuatro años para Ambizione, Reber espera tener una batería que funcione bien con almacenamiento sólido adicional. "Si este enfoque funciona, las aplicaciones potenciales son muy diversas", afirma. Por ejemplo, las baterías de flujo compacto con un factor de forma flexible serían mucho más fáciles de integrar en áreas urbanas. “Bastaría con bombas y algunas tuberías”, añade el investigador.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64048.php