Científicos chinos desarrollan batería de flujo de zinc-bromuro, ideal para almacenar energía
Un equipo de investigadores liderado por el profesor Li Xianfeng ha logrado un avance significativo en la tecnología de baterías de flujo de bromo, que podría transformar el almacenamiento de energía renovable. Esta nueva química promete reducir significativamente los costos, mejorar la durabilidad y aprovechar mejor la energía solar y eólica.
El talón de Aquiles del bromo
En los sistemas convencionales, durante la carga de la batería, se genera bromo elemental en grandes cantidades debido a la oxidación del bromuro. Este bromo libre es altamente reactivo y ataca electrodos, colectores de corriente y membranas, acortando la vida útil de la batería a unos pocos cientos de ciclos. Además, requería materiales costosos y resistentes, como membranas fluoradas y componentes de titanio. La naturaleza corrosiva y volátil del bromo trae consigo retos ambientales importantes si no se controla adecuadamente.
A pesar de ser una tecnología con una buena base, los altos costos de mantenimiento y la incertidumbre para proyectos a gran escala limitaban su uso.
La pequeña trampa química que cambia el juego
El enfoque innovador del equipo es sencillo pero efectivo: añadir al electrolito un compuesto que actúa como depurador de bromo, que reacciona rápidamente con el bromo generado durante la carga. En su estudio, utilizaron sulfamato sódico, que captura el bromo y lo convierte en un compuesto más manejable llamado Br SANa.
Esto tiene un impacto considerable en el funcionamiento de la batería. La concentración de bromo libre en la solución se reduce a un nivel ultrabajo, alrededor de 7 milimoles por litro, lo que evita que el bromo corra libremente por el sistema y cause corrosión. Además, el proceso de carga cambia de una reacción de un solo electrón a una transferencia de dos electrones, lo que casi duplica la densidad energética teórica del catolito de bromo, aumentando de 90 a 152 vatios hora por litro en los ensayos.
Li Xianfeng destaca este desarrollo como una nueva forma de diseñar baterías de flujo de bromo de larga duración y sienta las bases para una mayor aplicación de estas baterías de flujo de zinc y bromo en el ámbito de la red eléctrica.
De la probeta a un sistema de 5 kW
Lo más impresionante es que esta nueva química ha trascendido el laboratorio. Los investigadores han construido baterías completas utilizando una membrana de intercambio iónico económica y no fluorada, hecha a base de SPEEK, y han observado que la corrosión prácticamente desaparece en membranas, electrodos y colectores de corriente.
En una prueba de ampliación con un sistema de aproximadamente 5 kW y 6,6 kWh, la batería operó a una densidad de corriente de 40 miliamperios por centímetro cuadrado durante más de 700 ciclos, equivalentes a unas 1.400 horas de funcionamiento, con una eficiencia energética superior al 78%. Esto implica que esos 700 ciclos equivalen a casi dos años de carga y descarga continua, lo cual es un avance significativo respecto a las pocas decenas de ciclos que se lograban anteriormente.
Además, la reducción drástica de la corrosión permite que el sistema se construya con materiales más comunes y económicos, eliminando la necesidad de componentes metálicos exóticos. Los investigadores estiman que el costo total del sistema podría reducirse en más de un 30% en comparación con los diseños anteriores de zinc bromo. Esto es crucial en un contexto de competencia con soluciones de iones de litio, que ya están industrializadas.
Qué puede significar para las renovables y para la factura de la luz
Este desarrollo llega en un momento clave, ya que las redes eléctricas, especialmente en Europa, necesitan soluciones de almacenamiento flexibles para integrar más energía eólica y solar sin depender excesivamente del gas cuando caen las temperaturas o se detiene el viento. Un sistema de baterías seguro, basado en agua, escalable y con componentes más baratos permitiría almacenar el excedente solar durante el día y devolverlo a la red por la noche, ayudando a contener picos de precios y emisiones de CO₂.
Aunque el tiempo apremia y la innovación industrial enfrenta retos constantes, avances como este demuestran que aún hay mucho por explorar y optimizar en el campo de las baterías. El siguiente paso será llevar esta química a proyectos piloto de mayor escala y evaluar su desempeño conectado a una red real, que incluye fuentes renovables variables.
El estudio detallado de estas innovaciones ya se ha publicado en la revista Nature Energy.
