Un equipo interdisciplinario del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha desarrollado una nueva batería de flujo semisólido que utiliza una mezcla de partículas de dióxido de manganeso junto con un aditivo eléctricamente conductor llamado negro de carbón, que permite una conversión de energía electroquímica eficiente cuando reacciona con una suspensión o placa de zinc. Los investigadores del MIT consideran que la batería recargable de dióxido de zinc-manganeso (Zn-MnO 2) puede ser una opción rentable y eficiente para almacenar la energía en plantas eólicas o fotovoltaicas.
«La transición a la energía limpia requiere sistemas de almacenamiento de energía de diferentes duraciones para cuando el sol no brilla y el viento no sopla. Nuestro trabajo demuestra que una batería de flujo semisólido podría salvar vidas y ser una opción económica cuando estas fuentes de energía renovable variable no pueden generar energía durante un día o más, en el caso de desastres naturales, por ejemplo», dice Emre Gençer, científico investigador y miembro de equipo.
La duración del tiempo que las baterías de flujo pueden descargar, liberando la electricidad almacenada, está determinada por el volumen de soluciones de electrolitos con carga positiva y negativa que fluyen a través de la pila. En teoría, mientras estas soluciones sigan fluyendo, reaccionando y convirtiendo la energía química en energía eléctrica, los sistemas de baterías pueden proporcionar electricidad.
No obstante, el rendimiento desigual y el gasto de los materiales necesarios para estos sistemas de baterías ha ralentizado su implementación. Por ese motivo, el Laboratorio de Energía Electroquímica ha desarrollado una batería de flujo que pueda dar respaldo a los sistemas de energía renovable variable durante un día o más, almacenando y descargando energía de forma eficiente.
Dióxido de zinc-manganeso
Tras investigar sistemas de conversión y el almacenamiento de energía utilizando celdas de combustible de óxido sólido, baterías de iones de litio y baterías de metal-aire, entre otras, la investigación se centró en las baterías de flujo. En estos sistemas, dos soluciones químicas (electrolitos) diferentes con iones negativos o positivos se bombean desde tanques separados, que se encuentran a través de una membrana (llamada pila). Aquí, las corrientes de iones reaccionan, convirtiendo la energía eléctrica en energía química, cargando la batería. Cuando hay demanda de esta energía almacenada, la solución se bombea de regreso a la chimenea para convertir la energía química en energía eléctrica nuevamente.
A través de una serie de experimentos, los investigadores encontraron un nuevo electrodo (conductor eléctrico) para el sistema de la batería: una mezcla que contiene partículas dispersas de dióxido de manganeso (MnO 2), inyectadas en un aditivo conductor de electricidad denominado negro de carbón. Este compuesto reacciona con una solución de zinc conductora o una placa de zinc en la pila, lo que permite una conversión de energía electroquímica eficiente.
Las propiedades fluidas esta batería de dióxido de zinc-manganeso están muy alejadas de las soluciones acuosas utilizadas por otras baterías de flujo. En su ronda final de estudios, los científicos compararon la batería de Zn-MnO 2 con un conjunto de baterías electroquímicas equivalentes y sistemas de respaldo de hidrógeno, analizando el coste económico de su funcionamiento en periodos de ocho, 24 y 72 horas. Para descargas de batería de más de un día, la batería de Zn-MnO 2 venció a las baterías de iones de litio y a las de flujo redox de vanadio.
Esta investigación abre el camino a otros compuestos electroquímicos que podrían desarrollarse bajo la plataforma de batería de flujo semisólido, por lo que podríamos estar viendo este tipo de tecnología utilizada para el almacenamiento de energía en un futuro no muy lejano.