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La nueva tecnología de baterías de flujo ha permanecido al margen del campo del almacenamiento de energía, eclipsada por una cascada aparentemente interminable de mejoras en el conocido campo de las baterías de iones de litio. Sin embargo, las baterías de flujo podrían ayudar a desbloquear más energía eólica y solar, junto con ventajas potenciales en costos más bajos, mayor duración y una huella ambiental reducida. Uno de esos dispositivos se está probando actualmente en Chicago, en una gasolinera reutilizada de la década de 1970 equipada con estaciones de carga para vehículos eléctricos.

Almacenamiento de energía de larga duración para carga de vehículos eléctricos

La tecnología de las baterías de flujo se basa literalmente en la capacidad de dos líquidos especializados para generar electricidad a medida que fluyen uno al lado del otro, separados por una fina membrana. A diferencia de las baterías de iones de litio, ampliar una batería de flujo es una cuestión relativamente sencilla de aumentar el tamaño de los tanques que contienen los líquidos (léase más sobre baterías de flujo aquí).

La ciencia de las baterías de flujo se remonta al siglo XIX, pero su aplicación a escala de red y el almacenamiento de energía de larga duración sólo ganó un interés generalizado cuando grandes cantidades de electricidad disponible de forma intermitente (es decir, energía eólica y solar) comenzaron a ingresar a la red a principios de la década de 19.

Las baterías de iones de litio han hecho un trabajo heroico en la gestión de estos recursos intermitentes hasta ahora. Sin embargo, sólo duran parte del día. Se necesitará más almacenamiento de energía, durante períodos más largos, a medida que la energía eólica y solar reemplacen más centrales eléctricas fósiles.

En un desarrollo paralelo, a medida que más vehículos eléctricos lleguen a las carreteras, se necesitará más electricidad para cargar los vehículos eléctricos, lo que también afectará la necesidad de almacenamiento de energía de larga duración.

Una nueva batería de flujo con un giro de estado sólido

El Departamento de Energía de EE. UU. ha estado analizando varias soluciones de larga duración para la carga de vehículos eléctricos, y la última que ha llamado la atención es un sistema de batería de flujo desarrollado por la startup alemana CMBlu, bajo el nombre de propiedad SolidFlow.

Puede parecer un oxímoron, pero el nombre se refiere a una combinación de tecnología de batería de flujo y tecnología de estado sólido.

"Pilas de convertidores de energía están en el corazón de nuestra tecnología modular de baterías de flujo redox”, afirma CMBlu.

"Tanto la reducción como la oxidación, los procesos electroquímicos centrales, tienen lugar en estas pilas, aunque físicamente separadas entre sí", añade la empresa. “La potencia de la batería depende del material y la superficie de los electrodos, así como de la cinética del proceso redox. Aumentar el tamaño de la pila produce un mayor rendimiento”.

En cuanto a la duración, los conjuntos de baterías de litio generalmente duran entre 4 y 6 horas, aunque algunas fórmulas nuevas se acercan a un período de tiempo de 8 horas. CMUblu afirma que su batería de flujo puede durar entre 2 y 3 veces más por ciclo que una matriz típica de iones de litio de 4 horas.

Carga de vehículos eléctricos con una batería de flujo en una gasolinera rehabilitada de los años 1970

La nueva batería de CMBlu se está poniendo a prueba en Smart Energy Plaza, una antigua gasolinera situada en el Laboratorio Nacional Argonne de Chicago, una rama del Departamento de Energía de Estados Unidos.

La gasolinera se construyó para el laboratorio en los años 1970. Rehabilitada y reutilizada como Smart Energy Plaza, la instalación se utiliza para investigaciones sobre la integración de la carga de vehículos eléctricos con energías renovables, sistemas de construcción y almacenamiento de energía.

"La instalación puede albergar una variedad de equipos, con potencia conectada a la red de hasta 2 MW y 80 kW de energía solar disponible a través de varias barras de voltaje en el edificio (comercial 480 VCA y 208 VCA, residencial 240/120 VCA y distribución de CC)". Argonne observa.

La prueba asocia a Argonne con el Laboratorio Nacional de Idaho, con el objetivo de validar la tecnología para su uso en microrredes resistentes y carga de vehículos eléctricos.

“El proyecto colaborativo tiene como objetivo mejorar las microrredes en climas fríos y hacer carga rápida de vehículos eléctricos más asequibles en comunidades desatendidas”, señala Argonne, y agrega que las microrredes se utilizan comúnmente en entornos remotos, hospitales u otros sitios críticos. El Departamento de Defensa de Estados Unidos también ha estado adoptando Microrredes para reemplazar el combustible diesel.

Baterías de flujo para carga de vehículos eléctricos en climas fríos

Si entendiste eso de los climas fríos, esa es una consideración clave para los sistemas de almacenamiento de energía.

Además de validar la tecnología de CMBlu, los dos laboratorios nacionales esperan mostrar su experiencia en baterías de flujo. Los laboratorios de Argonne e Idaho fueron seleccionados especialmente por el Departamento de Energía para la prueba.

"Este trabajo premiado proporciona una vía única para mostrar los puntos fuertes de INL y Argonne para explorar el rendimiento de las baterías de flujo a temperaturas más frías que la ambiente, relevante para las necesidades de almacenamiento de energía en latitudes septentrionales y condiciones invernales", se entusiasmó Kevin Gering, que ostenta el título. de científico distinguido del INL.

Además de los datos de la microrred recopilados en Smart Energy Plaza, la batería SolidFlow también se someterá a pruebas de rendimiento en el Centro de pruebas de baterías INL en Idaho, incluida una evaluación del rendimiento bajo diferentes temperaturas.

"Estas pruebas rigurosas son cruciales para garantizar la confiabilidad de la tecnología en diversos entornos", enfatiza Argonne.

Las baterías de flujo pueden ayudar, no dañar, a las baterías de iones de litio

CMBlu está especialmente interesado en promover SolidFlow como una solución para cargar rápidamente varios vehículos eléctricos a la vez. En lugar de aumentar la cantidad de energía disponible en la red (lo cual es prácticamente imposible en algunas circunstancias), se puede implementar una batería de flujo para acumular capacidad de almacenamiento adicional para los momentos de carga pico.

Una batería de flujo también puede aprovechar tarifas más bajas en horas de menor actividad de la red para almacenar energía, lo que ayuda a reducir los costos de carga de vehículos eléctricos. Además, la conexión con paneles solares y otros recursos de energía renovable locales puede ayudar a reducir costos y mejorar la resiliencia.

Dependiendo de las regulaciones locales de servicios públicos, los propietarios de estaciones de carga también podrían usar la batería de flujo para vender el exceso de capacidad a la red. CMBlu señala que su sistema está habilitado para software para facilitar dichas transacciones con los mercados mayoristas de energía.

En un beneficio potencial para la cadena de suministro de vehículos eléctricos, las baterías de flujo estacionario ayudarían a liberar más recursos para aplicaciones móviles de almacenamiento de energía. En lugar de la situación actual, en la que el litio y otros materiales críticos se están desviando hacia el almacenamiento de energía estacionario, todos podrían fluir hacia la cadena de suministro de vehículos eléctricos.

Baterías de flujo e impactos ambientales

Las baterías de flujo podrían aparecer en vehículos eléctricos algún día, aunque ese día esté muy lejos. Por ahora, el almacenamiento de energía estacionario es el nombre del juego, y las partes interesadas en las baterías de flujo están ansiosas por subrayar las ventajas ambientales de los sistemas de baterías de flujo sobre la tecnología de iones de litio.

CMBlu, por ejemplo, señala que las baterías de flujo no utilizan los metales y tierras raras necesarios para los sistemas basados ​​en litio. Además, no son tóxicos ni inflamables.

"Nuestros electrolitos orgánicos no contienen materiales raros ni materias primas conflictivas procedentes de una minería precaria y ecológicamente cuestionable", añade CMBlu. "Además, son totalmente reciclables".

Además de la validación en el laboratorio, Estados Unidos está a punto de realizar una prueba real de la tecnología de CMBlu. En agosto, la empresa de energía pública sin fines de lucro Salt River Project en Arizona firmó un proyecto piloto de batería de flujo para demostrar el almacenamiento de energía de larga duración en el área de Phoenix.

La batería de flujo de 5 megavatios cumple con el período de 10 horas utilizado por el Departamento de Energía para establecer el punto de referencia mínimo para los sistemas de almacenamiento de energía de larga duración.

Se espera que el sistema Phoenix esté operativo en diciembre de 2025 y se está llevando a cabo un proyecto piloto adicional en Milwaukee, así que estad atentos para obtener más información al respecto.

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Imagen: El Departamento de Energía Plaza de la energía inteligente en Chicago servirá como banco de pruebas para la nueva tecnología de baterías de flujo (cortesía del Laboratorio Nacional Argonne).

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• Fuente: https://cleantechnica.com/2023/12/07/new-flow-battery-ev-fast-charging-critical-materials/