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Jun 03, 2023

La batería recargable de sal fundida congela la energía en su lugar durante mucho tiempo

La tecnología podría aportar más energía renovable a la red eléctrica Durante la primavera en el noroeste del Pacífico, el agua de deshielo proveniente del deshielo corre río abajo y el viento a menudo sopla con fuerza. Estas fuerzas

La tecnología podría aportar más energía renovable a la red eléctrica

Durante la primavera en el noroeste del Pacífico, el agua de deshielo proveniente del deshielo corre río abajo y el viento a menudo sopla con fuerza. Estas fuerzas hacen girar las numerosas turbinas eléctricas de la región y generan una gran cantidad de electricidad en una época de temperaturas suaves y demanda de energía relativamente baja. Pero gran parte de este excedente estacional de electricidad (que podría alimentar los aires acondicionados cuando llegue el verano) se pierde porque las baterías no pueden almacenarla el tiempo suficiente.

Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), un laboratorio nacional del Departamento de Energía en Richland, Washington, están desarrollando una batería que podría resolver este problema. En un artículo reciente publicado en Cell Reports Physical Science, demostraron cómo congelar y descongelar una solución de sal fundida crea una batería recargable que puede almacenar energía de forma económica y eficiente durante semanas o meses seguidos. Esta capacidad es crucial para alejar la red estadounidense de los combustibles fósiles que liberan gases de efecto invernadero y adoptarla hacia energías renovables. El presidente Joe Biden se ha fijado como objetivo reducir las emisiones de carbono de Estados Unidos a la mitad para 2030, lo que requerirá un importante aumento de las fuentes de energía eólica, solar y otras fuentes de energía limpia, así como formas de almacenar la energía que producen.

La mayoría de las baterías convencionales almacenan energía en forma de reacciones químicas a punto de ocurrir. Cuando la batería está conectada a un circuito externo, los electrones viajan de un lado a otro de la batería a través de ese circuito, generando electricidad. Para compensar el cambio, partículas cargadas llamadas iones se mueven a través del fluido, pasta o material sólido que separa los dos lados de la batería. Pero incluso cuando la batería no está en uso, los iones se difunden gradualmente a través de este material, que se llama electrolito. Como esto sucede durante semanas o meses, la batería pierde energía. Algunas baterías recargables pueden perder casi un tercio de su carga almacenada en un solo mes.

"En nuestra batería, realmente intentamos detener esta condición de autodescarga", dice el investigador del PNNL Guosheng Li, quien dirigió el proyecto. El electrolito está hecho de una solución salina que es sólida a temperatura ambiente pero que se vuelve líquida cuando se calienta a 180 grados Celsius, aproximadamente la temperatura a la que se hornean las galletas. Cuando el electrolito está sólido, los iones quedan bloqueados en su lugar, evitando la autodescarga. Sólo cuando el electrolito se licua pueden los iones fluir a través de la batería, permitiendo que se cargue o descargue.

Crear una batería que pueda soportar ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento no es tarea fácil. Las fluctuaciones de temperatura hacen que la batería se expanda y contraiga, y los investigadores tuvieron que identificar materiales resistentes que pudieran tolerar estos cambios. "Lo que hemos visto antes es mucha investigación activa para garantizar que no sea necesario pasar por ese ciclo térmico", dice Vince Sprenkle, asesor estratégico en almacenamiento de energía en PNNL y coautor del nuevo artículo. "Estamos diciendo: 'Queremos superarlo y queremos poder sobrevivir y utilizarlo como una característica clave'".

El resultado es una batería recargable fabricada con materiales relativamente económicos que pueden almacenar energía durante períodos prolongados. "Es un gran ejemplo de una prometedora tecnología de almacenamiento de energía de larga duración", afirma Aurora Edington, directora de políticas de la asociación de la industria eléctrica GridWise Alliance, que no participó en esta investigación. "Creo que debemos apoyar esos esfuerzos y ver hasta dónde podemos llevarlos hacia la comercialización".

La tecnología podría ser particularmente útil en un lugar como Alaska, donde la luz solar casi constante del verano coincide con tasas relativamente bajas de uso de energía. Una batería que pueda almacenar energía durante meses podría permitir que abundante energía solar en verano satisfaga las necesidades de electricidad en invierno. "Lo que resulta tan atractivo de la batería de congelación y descongelación es su capacidad de cambio estacional", dice Rob Roys, director de innovación de Launch Alaska, una organización sin fines de lucro que trabaja para acelerar el despliegue de tecnologías climáticas en el estado. Roys espera pilotear la batería PNNL en una zona remota de su estado.

Calentar la batería puede ser un desafío, especialmente en lugares fríos. Incluso en condiciones suaves, el proceso de calentamiento requiere energía equivalente a entre el 10 y el 15 por ciento de la capacidad de la batería, dice Li. En fases posteriores del proyecto se explorarán formas de reducir los requisitos de temperatura e incorporar un sistema de calefacción en la propia batería. Esta característica simplificaría la batería para el usuario y podría hacerla adecuada para uso doméstico o a pequeña escala.

En este momento, la tecnología experimental está dirigida a usos industriales y a escala de servicios públicos. Sprenkle imagina algo así como contenedores de camiones con remolques con enormes baterías en su interior, estacionados junto a parques eólicos o paneles solares. Las baterías se cargarían en el sitio, se dejarían enfriar y se llevarían a instalaciones llamadas subestaciones, donde la energía podría distribuirse a través de líneas eléctricas según fuera necesario.

El equipo de PNNL planea continuar desarrollando la tecnología, pero en última instancia dependerá de la industria desarrollar un producto comercial. "Nuestro trabajo en el DOE es realmente reducir el riesgo de las nuevas tecnologías", dice Sprenkle. "La industria tomará la decisión de si cree que se ha reducido el riesgo lo suficiente, y lo asumirá y seguirá adelante".

El DOE está trabajando para reducir el desfase que suele producirse entre las demostraciones iniciales de investigación y la comercialización de tecnologías energéticas. Aunque los científicos comenzaron a desarrollar baterías de iones de litio en la década de 1970, por ejemplo, las baterías no terminaron en productos de consumo hasta alrededor de 1991 y no se incorporaron a las redes eléctricas hasta finales de la década de 2000. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático pueden ayudar a acelerar el proceso de validación y prueba de nuevas tecnologías, afirma Sprenkle, lo que permitirá a los investigadores modelar y predecir una década de rendimiento de la batería sin necesidad de 10 años para recopilar los datos.

No está claro si la adopción se producirá con la suficiente rapidez para cumplir los objetivos de descarbonización. “Si realmente queremos alcanzar los objetivos de descarbonización para 2030 y 2035, todas estas tecnologías deben acelerarse aproximadamente cinco veces”, afirma Sprenkle. "Estamos viendo desarrollos que deben ponerse en línea, ser validados y estar listos para transferirse en los próximos cuatro o cinco años para que realmente tengan un impacto".

Anna Blaustein Es periodista científico. Tiene una licenciatura en biología del Bowdoin College y una maestría en redacción científica del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

Andrea Thompson

Corbin Hiar y E&E News

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Sofía Bushwick