A diferencia de las baterías de estado sólido, las de flujo almacenan la energía en un electrolito líquido, y ofrecen una capacidad de almacenamiento y recarga de larga duración. Ahora, los investigadores del PNNL han dado un paso más en la mejora de estos dispositivos, al desarrollar una nueva batería de flujo, barata y eficaz, que emplea un sencillo derivado del almidón del azúcar, llamado β-ciclodextrinanueva, para acelerar la reacción química que convierte la energía almacenada en enlaces químicos, liberando energía electrones para alimentar un circuito externo. Un proceso reversible paralelo en la solución catolítica positiva equilibra las cargas positivas y negativas durante la carga y la descarga.
El estudio, que acaba de publicarse en la revista Joule, detalla que en una serie de experimentos, los científicos optimizaron la proporción de sustancias químicas en el sistema hasta conseguir un 60% más de potencia máxima. A continuación, hicieron funcionar la batería una y otra vez durante más de un año, deteniendo el experimento sólo cuando fallaba el tubo de plástico. Durante todo ese tiempo, la batería de flujo apenas perdió actividad para recargarse. Se trata del primer experimento de batería de flujo a escala de laboratorio que registra más de un año de uso continuo con una pérdida mínima de capacidad.
El aditivo β-ciclodextrina es también el primero que acelera la reacción electroquímica que almacena y luego libera la energía de la batería de flujo, en un proceso denominado catálisis homogénea. Esto significa que el azúcar actúa disuelto en una solución y no como un sólido aplicado a una superficie, según explican los científicos en la página web del PNNL.
"Se trata de un enfoque totalmente nuevo para el desarrollo de electrolitos de baterías de flujo", afirma Wei Wang, investigador principal del estudio. "Hemos demostrado que se puede utilizar un tipo totalmente distinto de catalizador diseñado para acelerar la conversión de energía. Y además, al estar disuelto en el electrolito líquido, se elimina la posibilidad de que un sólido se desprenda y ensucie el sistema."
¿Qué es una pila de flujo?
Las pilas de flujo constan de dos cámaras, cada una llena de un líquido diferente, y se cargan mediante una reacción electroquímica, almacenando la energía en enlaces químicos. Cuando se conectan a un circuito externo, liberan esa energía, que puede alimentar dispositivos eléctricos.
Este tipo de baterías tiene dos tanques externos de suministro de líquido que circulan constantemente a través de ellas para alimentar el electrolito. De esa manera, cuanto mayor sea el tanque de suministro del electrolito, más energía podrá almacenar la batería de flujo. Otra de sus características es que pueden construirse a cualquier escala, desde el tamaño de una manzana a otros mucho mayores. Los investigadores del PNNL dicen que si se ampliaran hasta el tamaño de un campo de fútbol o más, podrían actuar como generadores de reserva para la red eléctrica, convirtiéndose en “una póliza de seguro” contra las interrupciones de la red eléctrica.
Las materias de flujo existentes a fecha de hoy a escala comercial emplean minerales caros y difíciles de obtener, como el vanadio. Por eso, los equipos de investigación buscan tecnologías alternativas eficaces que utilicen materiales más comunes, fáciles de sintetizar, estables, no tóxicos y sostenibles.
