Un equipo del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) progresa hacia la meta de baterías económicas a escala de redes eléctricas que podrían volver viables las fuentes de energía renovable intermitentes.
Por David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).
El más grande inconveniente de muchas fuentes de energía limpia y renovable es su intermitencia: El viento no siempre sopla, el sol no siempre brilla, y así el poder que estos producen podría no estar disponible en momentos cuando es necesario. Una gran meta de la investigación de energía ha sido encontrar maneras de ayudar a suavizar estas fuentes erráticas.
Nuevos resultados de un programa de investigación en curso en el MIT, reportado en el Diario de la Sociedad Química Americana, muestra una prometedora tecnología que podría proveer esa manera de nivelar la carga que por tanto tiempo ha sido buscada – a un costo mucho menor y con una mayor duración que los métodos previos. El sistema utiliza baterías de alta temperatura cuyos componentes líquidos, como novedosos cócteles, se ajustan naturalmente en distintas capas debido a sus distintas densidades.
Los tres materiales fundidos forman los polos positivo y negativo de la batería, así como una capa de electrolito – un material que partículas cargadas atraviesan según la batería sea cargada o descargada – en medio. Las tres capas están compuestas de materiales que son abundantes y baratos, explica Donald Sadoway, el profesor de Química de Materiales del MIT y autor principal de la nueva revista académica.
“Exploramos muchos materiales”, dijo Sadoway, buscando la combinación correcta de propiedades eléctricas, la abundante disponibilidad y diferencias en la densidad que permitieran que las capas se mantuvieran separadas. Su equipo encontró un número de prometedores candidatos, dijo, y está publicando su análisis detallado de una de dichas combinaciones: magnesio para el electrodo negativo (capa superior), una mezcla de sales que contiene cloruro de magnesio para el electrolito (capa media) y antimonio para el electrodo positivo (capa inferior). El sistema operaría a una temperatura de 700 grados Celsius, o a 1,292 grados Fahrenheit.
En esta formulación, explica Sadoway, la batería entrega corriente conforme los átomos de magnesio pierden dos electrones, convirtiéndose en iones de magnesio que migran a través del electrolito hacia el otro electrodo. Ahí, re-adquieren dos electrones y se revierten a átomos ordinarios de magnesio, que forman una aleación con el antimonio. Para recargarla, la batería es conectada a una fuente de electricidad, que saca al magnesio de la aleación y a través del electrolito, donde se vuelve a unir al electrodo negativo.
La inspiración para el concepto vino del trabajo previo de Sadoway sobre el proceso electroquímico de la separación del aluminio de su óxido alúmina, que es conducido en celdas electroquímicas que operan a temperaturas altas similares. Muchas décadas de operación han probado que dichos sistemas operan confiablemente durante largos períodos de tiempo a una escala industrial, produciendo metal a un muy bajo costo. En efecto, dice, que lo que encontró fue “una manera de invertir el proceso”.
Durante los últimos tres años, Sadoway y su equipo – incluyendo el Centro Afiliado de Investigación sobre el Procesado de Materiales del MIT David Bradwell, el autor líder de la nueva revista académica – han escalado gradualmente sus experimentos. Sus pruebas iniciales usaron baterías del tamaño de un vaso de tragos cortos (shots); entonces procedieron a celdas del tamaño de discos de hockey, 7.6 centímetros de diámetro y 25 milímetros de grosor. Ahora, han comenzado pruebas en una versión de 15.2 centímetros, con 200 veces la capacidad de la versión inicial.
Las compañías de energía eléctrica podrían finalmente ser los usuarios de esta tecnología, dice Sadoway, “no importa de que estén hechas, o cual sea el tamaño. La única pregunta es cual es el costo de almacenaje” para una determinada cantidad de energía. “Puedo construir una hermosa batería al precio de la NASA”, dijo – pero cuando el costo es la motivación principal, “eso cambia la búsqueda” para el mejor material. Solo basado en la rareza y en el costo de algunos elementos, “largas secciones de la tabla periódica están fuera de los límites”.
El equipo continua su trabajo en optimizar todos los aspectos del sistema, incluyendo los contenedores utilizados para sostener los materiales fundidos y las maneras de aislarlos y calentarlos, así como maneras de reducir la temperatura de operación para ayudar a cortar los costos de energía. “Hemos descubierto maneras de reducir la temperatura operacional sin sacrificar rendimiento eléctrico o costo”, dijo Sadoway.
Mientras que otros han investigados sistemas de baterías líquidas similares, Sadoway dice que él y su equipo son los primeros en producir un sistema de almacenamiento funcional y práctico utilizando esta aproximación. Le atribuye parcialmente su éxito en esto a la mezcla única de experiencia en un lugar como MIT: “La gente en la industria de las baterías no sabe nada sobre la separación electrolítica en sales derretidas. La mayoría piensa que la operación a altas temperaturas sería ineficiente”.
Robert Huggins, un profesor emérito de ciencia de materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford, dijo, “Para cada aproximación radicalmente diferente, hay un número de nuevos problemas prácticos a resolver para que se vuelva una alternativa práctica a usarse en el almacenamiento de energía a gran escala, [incluyendo] evaporación electrolítica, y corrosión y oxidación de componentes, así como la cuestión siempre presente del costo”. Sin embargo, dijo, este es “un acercamiento muy innovativo al almacenamiento electroquímico de energía, y está siendo explorado con un alto grado de sofisticación”.
Sadoway, junto con Bradwell, ha fundado una compañía para llevar esta tecnología a la comercialización, y estar en un año sabático trabajando con la compañía, Liquid Metal Battery Corp. (Corporación de Baterías de Metal Líquido). “Si esta tecnología tiene éxito”, dijo, “podría cambiar el juego” para la energía renovable.
El trabajo ha sido patrocinado por el Centro Deshpande de Innovación Tecnológica en el MIT, la Fundación de la Familia Chesonis, el programa ARPA-E del Departamento de Energía de los Estados Unidos, y Total, S.A.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)