Batería de electrodos líquidos, una excelente solución para el consumidor de energías renovables
La batería convencional tiene electrodos sólidos, y a veces incluso también lo es el electrolito. Para almacenar energía el método más económico es la energía hidráulica: con una bomba almacenar agua en un lugar elevado, una colina. Pero con frecuencia no se dispone de la cantidad de agua suficiente para lograr la potencia útil, ni hay una colina cercana. También se puede comprimir aire y otra solución es recurrir a la electrónica.
En la nueva batería del MIT el electrodo positivo es una aleación fundida de plomo y antimonio, que absorbe electrones. El electrodo negativo es litio líquido, que cede electrones con facilidad. El electrolito es una mezcla fundida de sales de litio, que aporta los iones de litio, con carga positiva, necesarios para el funcionamiento de la batería, la corriente entre ambos electrodos.
Forman tres capas horizontales: el electrodo negativo arriba, el electrolito al medio y el electrodo positivo abajo. No están separados por láminas horizontales, como en las baterías de flujo, sino apilados en capas que no se pueden mezclar y tienen diferentes densidades. La capa de menor densidad está arriba, el electrodo negativo. Si utilizamos un símil de cocina, en la ensalada el aceite está arriba y el vinagre abajo.
En la operación de descarga los átomos del litio del electrodo negativo ceden un electrón, que por el circuito exterior atraviesa la carga útil, y vuelve a la batería, al electrodo positivo, abajo, de plomo y antimonio. Los iones positivos de litio circulan por el electrolito y los electrones por el circuito exterior de carga.
La batería funciona a 350-430°C. No se ha logrado el bajo coste porque el litio es caro, pero tiene un diseño sencillo. Almacena la carga eléctrica con eficiencia del 70%. La descarga máxima es de 275 mA/cm2. En 10 años retiene el 80% de su capacidad inicial.
La energía se almacena en el electrolito y no en los electrodos, como en la batería convencional. En las baterías de flujo los 3 componentes están separados por membranas-filtro de iones, y en la batería convencional los electrodos sólidos se averían con el uso. El electrodo líquido no se degrada.
Para adquirir un alto voltaje hace falta reunir un par de elementos químicos, uno que ceda electrones con facilidad, de baja densidad (filas 1 y 2) y otro elemento que absorba electrones con fuerza, de alta densidad. Para el electrodo negativo podemos usar las filas 1 y 2 del Sistema Periódico de Elementos Químicos, excepto el hidrógeno y el berilio. Son de baja densidad. Los de alta densidad se encuentran en las filas 12-16.
Para aumentar la capacidad de la batería del MIT es suficiente aumentar el tamaño de sus 3 componentes. Como los 3 componentes son líquidos la transferencia de cargas es muy rápida.
Una empresa que consume energía solar o eólica, cuando una nube tapa al sol, o de golpe cesa el viento, la batería de metal líquido aporta inmediatamente toda la energía eléctrica necesaria. Eso no era posible con la batería convencional.
Inicialmente la batería de metal líquido se destinaba a aplicaciones estáticas, pero se ha logrado aumentar la densidad y disminuir el peso por unidad de potencia, por lo cual en 2016 ya hay ofertas para accionar vehículos de transporte.
Referencias
- Moss, R. New flow battery projected to cost 60% less. New York Times 10 january 2014.
- Alkaline quinone flow battery. Science 2015 349.
- Matthew HGunther, Chemistry World: Flow battery could smooth Irregular wind and sun energy. Scientific American 2014- 5-32.
- Guzich, A. A metal free aqueous flow battery. Nature 505 -195-198.
- Braff, W. Membrane-less hydrogen-bromine flow battery. Nature 404-568.
- Barttolozzi, M. Development of a redox flow battery. Journal of Power sources 27 433-442
