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Avances récord en el diseño de baterías de flujo líquido de próxima generación
Los aditivos azucareros juegan un papel sorprendente en este diseño de elasticidad energética de la red eléctrica, mejorando la capacidad y la vida útil de las baterías de flujo líquido.Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico noroccidental (pnnl) del Ministerio de energía ha logrado un gran avance en el diseño de baterías de flujo líquido, extraídas del almidón, utilizando un aditivo alimentario y farmacéutico común llamado beta - cicloalmidón. El estudio, publicado en la revista julius, muestra que las baterías de flujo líquido mantienen su capacidad de almacenamiento y liberación de energía durante un ciclo continuo de más de un año.
Un aditivo alimentario y farmacéutico común ha demostrado en un experimento récord que puede aumentar la capacidad y la vida útil del diseño de la próxima generación de baterías de flujo líquido.
Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico noroccidental del Ministerio de Energía informó que las baterías de flujo líquido son un diseño optimizado para el almacenamiento de energía en la red eléctrica, manteniendo la capacidad de almacenar y liberar energía durante más de un año de carga y descarga continuas.
El estudio, que acaba de publicarse en la revista julius, detalla el uso por primera vez de un Monosacárido disuelto llamado beta - cicloalmidón, un derivado del almidón que mejora la vida útil y la capacidad de la batería. En una serie de experimentos, los científicos optimizaron la proporción de productos químicos en el sistema hasta que alcanzó una potencia máxima de más del 60%. Luego, circularon repetidamente la batería durante más de un año y no pararon de experimentar hasta que el tubo de plástico falló. Durante este tiempo, la batería de flujo líquido apenas perdió ninguna actividad de carga. Este es el primer experimento de batería de flujo líquido a escala de laboratorio que ha reportado un uso continuo durante más de un año, con la menor pérdida de capacidad.
El aditivo beta - Ciclohexanona es también el primero en acelerar una reacción electroquímica que almacena y libera la energía de la batería de flujo líquido, un proceso conocido como catálisis homogénea. Esto significa que el azúcar actúa cuando se disuelve en la solución y no se aplica a la superficie como sólido.
"Este es un nuevo método para desarrollar electrolitos de baterías de flujo líquido", dijo Wang wei, que ha trabajado durante mucho tiempo en la investigación de baterías pnnl, y también es el investigador principal de la investigación. "Demostramos que se puede usar un tipo completamente diferente de catalizador para acelerar la conversión de energía. además, debido a que se disuelve en electrolitos líquidos, se elimina la contaminación del sistema por sólidos".
¿¿ qué es una batería de flujo líquido?
Como su nombre indica, la batería de flujo líquido consta de dos cámaras, cada una llena de un líquido diferente. Las baterías se cargan a través de reacciones electroquímicas y almacenan energía en forma de enlaces químicos. Cuando se conectan a un circuito externo, liberan energía para alimentar el equipo eléctrico. La diferencia entre las baterías de flujo líquido y las de estado sólido es que tienen dos tanques externos de suministro de líquido que circulan constantemente para suministrar electrolitos, lo que es como el "suministro de sangre" del sistema. Cuanto mayor sea el tanque de suministro de electrolitos, mayor será la energía que la batería de flujo líquido puede almacenar.
Si se amplía al tamaño de un campo de fútbol o más, la batería de flujo líquido puede servir como un generador de repuesto para la red eléctrica. Las baterías de flujo líquido son uno de los pilares clave de la estrategia de descarbonización para almacenar energía de las energías renovables. Su ventaja es que se pueden construir a cualquier escala, desde el tamaño del Banco de pruebas de laboratorio en el estudio pnnl hasta el tamaño del barrio urbano.
¿¿ por qué necesitamos nuevas baterías de flujo líquido?
El almacenamiento de energía a gran escala proporciona un seguro para nuestra red eléctrica. Cuando el mal tiempo o la alta demanda obstaculizan la capacidad de suministrar electricidad a los hogares y empresas, la energía almacenada en grandes instalaciones de baterías de flujo líquido puede ayudar a minimizar las interrupciones o restaurar los servicios. A medida que la generación de energía proviene cada vez más de fuentes renovables, como la energía eólica, solar e hidroeléctrica, solo se espera que la demanda de estas instalaciones de células de flujo líquido aumente. Una fuente de alimentación intermitente como esta necesita un lugar para almacenar energía hasta que sea necesaria para satisfacer las necesidades de los consumidores.
Aunque hay muchos diseños de baterías de flujo líquido y algunas instalaciones comerciales, las instalaciones comerciales existentes dependen de minerales como el vanadio extraído, que son caros y difíciles de obtener. Es por eso que el equipo de investigación está buscando tecnologías alternativas efectivas, utilizando materiales más comunes que sean fáciles de sintetizar, estables y no tóxicos.
"No siempre podemos buscar nuevos materiales en el planeta", dijo Imre gyuk, Director de investigación de almacenamiento de energía de la Oficina de energía eléctrica del Ministerio de energía. "Necesitamos desarrollar un enfoque sostenible que utilice productos químicos que podemos sintetizar en grandes cantidades, al igual que la industria farmacéutica y alimentaria".
El estudio de las baterías de flujo líquido forma parte de un gran proyecto del pnnl para desarrollar y probar nuevas tecnologías de almacenamiento de energía a nivel de red eléctrica, que se acelerará con la puesta en marcha de la Plataforma de lanzamiento de almacenamiento de energía de la red eléctrica del pnnl en 2024.
Un "agua azucarada" suave hace que la olla sea dulce, formando así una batería de flujo líquido efectiva.
El equipo de investigación pnnl que desarrolló este nuevo diseño de batería incluyó investigadores con antecedentes en síntesis orgánica y química. Estas habilidades son útiles cuando el equipo opta por utilizar materiales que no se utilizan en la investigación de baterías pero que se han producido para otros usos industriales.
