El almacenamiento fluctuante y la entrega de un suministro de energía eléctrica estable son cuestiones centrales cuando se utiliza energía de plantas solares o estaciones de energía eólica. Aquí, los sistemas de almacenamiento de energía eficientes y flexibles deben adaptarse a las fluctuaciones en la ganancia de energía. Científicos del Instituto Leibniz para Materiales Interactivos DWI, la Universidad RWTH Aachen y la Universidad Hanyang en Seúl ahora mejoraron significativamente un componente clave para el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento de energía.
Las baterías de flujo redox se consideran una tecnología viable de próxima generación para el almacenamiento de energía altamente eficiente. Estas baterías usan electrolitos, componentes químicos en solución, para almacenar energía. Una batería de flujo redox de vanadio, por ejemplo, usa iones de vanadio disueltos en ácido sulfúrico.separados por una membrana, dos electrolitos que almacenan energía circulan en el sistema. La capacidad de almacenamiento depende de la cantidad de electrolitos y puede aumentarse o disminuirse fácilmente según la aplicación. Para cargar o descargar la batería, los iones de vanadio se oxidan químicamente oreducido mientras los protones pasan la membrana de separación
La membrana desempeña un papel central en este sistema: por un lado, tiene que separar los electrolitos para evitar la pérdida de energía por cortocircuito. Por otro lado, los protones deben pasar por la membrana cuando la batería se carga o descargaPara permitir el uso eficiente y comercial de las baterías de flujo redox, la membrana necesita combinar ambas funciones, lo que sigue siendo un desafío importante para los desarrolladores de membranas hasta ahora.
El punto de referencia actual es una membrana de Nafion. Esta membrana es químicamente estable y permeable a los protones y es bien conocida por las aplicaciones de pilas de combustible H2. Sin embargo, el Nafion y polímeros similares se hinchan cuando se exponen al agua y pierden su función de barrera para los iones de vanadio. Polímerolos químicos intentan evitar la fuga de vanadio cambiando la estructura molecular de tales membranas.
Los investigadores de Aquisgrán y Seúl propusieron un enfoque completamente diferente: "En su lugar, utilizamos una membrana hidrófoba. Esta membrana mantiene sus funciones de barrera ya que no se hincha en el agua", explica el profesor Dr.-Ing. Matthias Wessling.Es el subdirector científico del Instituto Leibniz para Materiales Interactivos y dirige la cátedra de Ingeniería de Procesos Químicos en la Universidad RWTH Aachen. "Nos sorprendió gratamente cuando descubrimos pequeños poros y canales en el material hidrófobo y parecen estar llenos de agua.. Estos canales de agua permiten que los protones viajen a través de la membrana a alta velocidad. Los iones de vanadio, sin embargo, son demasiado grandes para pasar la membrana. "El diámetro de los canales es inferior a dos nanómetros y la función de barrera parece ser estable en el tiempo: Incluso después de una semana o 100 ciclos de carga y descarga, los iones de vanadio no podían pasar por la membrana ". Alcanzamos una eficiencia energética de hasta el 99 por ciento, dependiendo de la corriente.muestra que nuestra membrana es una verdadera barrera para los iones de vanadio ", dice Wessling.En todas las densidades actuales probadas, entre 1 y 40 miliamperios por centímetro cuadrado, los científicos alcanzaron un 85 por ciento de eficiencia energética o más, mientras que los sistemas convencionales no superan el 76 por ciento.
Estos resultados sugieren un nuevo modelo de transporte. En lugar de hincharse, el polímero con microporosidad intrínseca, llamado PIM, se condensó significativamente. Las moléculas de agua que se acumulan en los poros, pero no en el polímero en sí, podrían ser la razón de este fenómeno.Los investigadores esperan iniciar más estudios para analizar este efecto en detalle.
Si bien el fenómeno es desconcertante, los científicos de Aquisgrán y Seúl realizarán pruebas de aplicación adicionales: ¿pueden mejorar la membrana hidrofóbica para una aplicación en una batería de flujo redox? ¿Y la membrana es estable a largo plazo?En este caso, la membrana hidrofóbica podría avanzar en el uso práctico de baterías de flujo redox y sistemas de almacenamiento de energía similares. Los investigadores están muy motivados por la idea de un suministro de energía estable cuando se utilizan fuentes de energía sostenibles, al contribuir al sistema de energía y la estabilidad de frecuencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien eV . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :