Investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson SEAS han desarrollado una nueva batería de flujo que almacena energía en moléculas orgánicas disueltas en agua de pH neutro. Esta nueva química permite un producto no tóxico ni corrosivobatería con una vida útil excepcionalmente larga y ofrece el potencial de disminuir significativamente los costos de producción.
La investigación, publicada en Letras de energía de ACS , fue dirigido por Michael Aziz, el Profesor Gene y Tracy Sykes de Materiales y Tecnologías Energéticas y Roy Gordon, el Profesor Thomas Dudley Cabot de Química y Profesor de Ciencia de Materiales.
Las baterías de flujo almacenan energía en soluciones líquidas en tanques externos: cuanto más grandes son los tanques, más energía almacenan. Las baterías de flujo son una prometedora solución de almacenamiento para energía renovable e intermitente como la eólica y la solar, pero las baterías de flujo actuales a menudo sufren un almacenamiento de energía degradadocapacidad después de muchos ciclos de carga-descarga, lo que requiere un mantenimiento periódico del electrolito para restaurar la capacidad.
Al modificar las estructuras de las moléculas utilizadas en las soluciones de electrolitos positivas y negativas, y hacerlas solubles en agua, el equipo de Harvard pudo diseñar una batería que pierde solo el uno por ciento de su capacidad por 1000 ciclos.
"Las baterías de iones de litio ni siquiera sobreviven a 1000 ciclos completos de carga / descarga", dijo Aziz.
"Debido a que pudimos disolver los electrolitos en agua neutra, esta es una batería de larga duración que podría poner en su sótano", dijo Gordon. "Si se derramara en el piso, no se comería el concreto yComo el medio no es corrosivo, puede usar materiales más baratos para construir los componentes de las baterías, como los tanques y las bombas ".
Esta reducción de costos es importante. El Departamento de Energía DOE ha establecido el objetivo de construir una batería que pueda almacenar energía por menos de $ 100 por kilovatio-hora, lo que haría que la energía solar y eólica almacenada sea competitiva con respecto a la energía producida a partir deplantas de energía tradicionales.
"Si puede acercarse a este objetivo de costo, entonces cambiará el mundo", dijo Aziz. "Se vuelve rentable colocar baterías en tantos lugares. Esta investigación nos acerca un paso más para alcanzar ese objetivo".
"Este trabajo en electrolitos orgánicos solubles acuosos es de gran importancia para señalar el camino hacia baterías futuras con una vida útil mucho mejor y un costo considerablemente menor", dijo Imre Gyuk, Director de Investigación de Almacenamiento de Energía en la Oficina de Electricidad del DOE."Espero que las baterías eficientes de flujo de larga duración se conviertan en estándar como parte de la infraestructura de la red eléctrica".
La clave para diseñar la batería fue primero descubrir por qué las moléculas anteriores se degradaban tan rápidamente en soluciones neutras, dijo Eugene Beh, un becario postdoctoral y primer autor del artículo. Al identificar primero cómo era la molécula de viológeno en el electrolito negativoAl descomponerse, Beh pudo modificar su estructura molecular para hacerlo más resistente.
Luego, el equipo recurrió al ferroceno, una molécula bien conocida por sus propiedades electroquímicas, para el electrolito positivo.
"El ferroceno es excelente para almacenar carga pero es completamente insoluble en agua", dijo Beh. "Se ha utilizado en otras baterías con solventes orgánicos, que son inflamables y costosos".
Pero al funcionalizar las moléculas de ferroceno de la misma manera que con el viológeno, el equipo pudo convertir una molécula insoluble en una altamente soluble que también podría reciclarse de manera estable.
"Los ferrocenos acuosos solubles representan una clase completamente nueva de moléculas para baterías de flujo", dijo Aziz.
El pH neutro debería ser especialmente útil para reducir el costo de la membrana selectiva de iones que separa los dos lados de la batería. La mayoría de las baterías de flujo actuales utilizan polímeros caros que pueden soportar la química agresiva dentro de la batería.a un tercio del costo total del dispositivo. Con esencialmente agua salada en ambos lados de la membrana, los polímeros caros se pueden reemplazar por hidrocarburos baratos.
Esta investigación fue coautora de Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia y Kay Xia. Fue respaldada por la Oficina de Entrega de Electricidad y Fiabilidad Energética del DOE y por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía del DOE.
Con la asistencia de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard OTD, los investigadores están trabajando con varias compañías para ampliar la tecnología para aplicaciones industriales y optimizar las interacciones entre la membrana y el electrolito. Harvard OTD ha presentado una cartera de patentes pendientessobre innovaciones en tecnología de batería de flujo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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