Batería de flujo: optimización para energías renovables

Con la finalidad de trabajar una opción alterna para almacenamiento de energía ante las fuentes convencionales —combustibles fósiles—, la doctora Ismailia Leilani Escalante García, miembro nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), se encuentra indagando en la optimización de baterías de flujo.

“A diferencia de las baterías convencionales, las baterías de flujo son una alternativa muy atractiva para el almacenamiento de energía a gran escala de fuentes renovables, solar o eólica. Estos dispositivos permiten aprovechar eficientemente y maximizar el uso de las energías renovables que, por su naturaleza intermitente, presentan muchas fluctuaciones y así garantizar su disponibilidad en todo momento”.

Escalante García describió que una batería de flujo es un sistema que almacena energía eléctrica en un compuesto químico disuelto en una solución, llamado electrolito. El electrolito, almacenado externamente, fluye al interior de la batería donde ocurre una reacción electroquímica sobre una superficie de carbón dando lugar a un potencial de celda. Agregó que la especie química es la que define el potencial de la batería y de ellas depende la capacidad para almacenar o producir energía.

Tecnología prometedora

Ismailia Escalante García es ingeniera química, maestra en electroquímica y doctora en ingeniería química, con especialidad en baterías de flujo. Además es miembro activo de la Sociedad Mexicana de Electroquímica (SME), la Sociedad Mexicana del Hidrógeno (SMH), de la Electrochemical Society y de la International Society of Electrochemistry.

La doctora Escalante García señaló que en el Laboratorio de Electroquímica de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ) se está abriendo la línea de investigación en baterías de flujo. Plantea trabajar en colaboración con los doctores Sergio Miguel Durón, de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), y Robert F. Savinell, de la Universidad Case Western Reserve en Estados Unidos.

Destacó que en México dicha área de investigación está iniciando. A la fecha, solo se identifican dos grupos de trabajo, uno de la Universidad de Guanajuato y el otro del Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma México (UNAM) en conjunto con la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), comentó.

Escalante García indicó que la batería de flujo de vanadio es la más estudiada en la actualidad y que está en prueba en países como Estados Unidos, Australia, China, entre otros. Escalante recalcó que la batería de vanadio es una tecnología prometedora pero costosa lo que limita su comercialización. Es necesario encontrar electrolitos alternos al de vanadio o diseñar nuevas configuraciones de electrodos que den una eficiencia similar o mayor a la de vanadio pero con costos menores, mencionó.

“Una propuesta de investigación es que este tipo de dispositivos —baterías de flujo— sean cargados y descargados con un electrolito líquido para una reacción y con hidrógeno gaseoso para la otra, una batería de flujo híbrida”.

Especificó que la reacción de hidrógeno sería similar a la que ocurre en una celda de combustible de membrana de intercambio protónico donde un electrodo de carbón con nanopartículas de un catalizador —platino— facilita su oxidación. En la configuración alternativa —líquido y gas—, el potencial de celda sería similar al de una celda de combustible, aproximadamente de un volt.

“Las baterías de flujo híbridas tienen la ventaja de que el catalizador de platino solo emplea el compartimento del hidrógeno cuando en una celda de combustible es necesario para ambos electrodos. El problema es que el platino es muy costoso y eleva el presupuesto del dispositivo para su comercialización”, refirió.

La doctora Ismailia Escalante indicó que es posible diseñar un sistema con una alta capacidad para almacenamiento de energía empleando hidrógeno gaseoso en un compartimento y un electrolito líquido en el otro compartimento. Se plantea que el electrolito líquido sea a base de una solución acuosa de iones de hierro o bromo molecular, los cuales son una opción viable y económica.

Determinó que su contribución consiste en la optimización del diseño ingenieril de una batería de flujo gas/líquido prototipo que alcance eficiencias energéticas comparables al sistema de vanadio.

Fuente: CONACYT.