Motivado por un desafío del Departamento de Energía para reducir drásticamente el costo de almacenar energía renovable en la red mientras captura más, un grupo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts ha desarrollado una batería alimentada por azufre, aire, agua ysal, todos los materiales fácilmente disponibles, que es casi 100 veces menos costosa de producir que las baterías actualmente en el mercado y puede almacenar el doble de energía que una batería de plomo-ácido. Los inventores presentan su prototipo el 11 de octubre en la revista julio .
"Se ha vuelto cada vez más claro que para que la energía renovable se convierta en la parte principal, si no toda, de nuestro sistema de generación de electricidad, debe coincidir con la producción de la demanda que tenemos como sociedad", dice el autor principalSin embargo, Ming Chiang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT. "Creemos que este trabajo nos ayuda a avanzar en la dirección correcta y crea más esperanza de que esto sea posible, pero necesitamos impulsarlo muy rápidamente porque no tenemosun montón de tiempo."
Una de las críticas a la energía renovable es su variabilidad. Por ejemplo, hay momentos en que una nube se pone frente al sol o cuando el viento se apaga, por lo que poder almacenar energía para esos tiempos de inactividad es esencial para que no haya interrupcionesflujo de energía. En este momento, el acoplamiento del almacenamiento de energía a la generación renovable está en su infancia, sucede, pero de la cantidad total de energía solar y eólica generada, un porcentaje muy pequeño se almacena realmente, con el costo de la energíael almacenamiento es una de las mayores barreras.
Bajo el ex Secretario de Energía Steven Chu, el Centro Conjunto de Investigación de Almacenamiento de Energía del Departamento de Energía estableció una meta para "5-5-5" lo que significa 5 veces la reducción en el costo, 5 veces el aumento en la densidad de energía, logrado en 5años para el almacenamiento de la red. En respuesta, el grupo de Chiang se centró en la primera parte del problema, examinando cómo crear una unidad de almacenamiento con una métrica de bajo costo por energía almacenada dólares estadounidenses por kilovatio hora, $ / kWh,basado en el costo del cátodo, el ánodo y los electrolitos de una batería. Los costos químicos actuales a menudo oscilan entre $ 10 y $ 100 / kWh ya que los materiales de la batería a menudo deben extraerse y enviarse desde todo el mundo.
Chiang y sus colegas estaban particularmente interesados en el potencial del azufre, un abundante no metal que es un producto del uso de gas natural, como un componente central de una batería de almacenamiento liviana y económica. Todas las baterías están formadas por un ánodo positivo, un cátodo negativo y un electrolito para transportar la carga, y el grupo de investigación quería explorar cómo el azufre podría ser el cátodo y el agua podría ser el electrolito.
"Buscamos un electrodo positivo que también tendría un costo excepcionalmente bajo que podríamos usar con azufre como electrodo negativo", dice Chiang. "A través de un descubrimiento accidental de laboratorio, descubrimos que en realidad podría ser oxígenoy, por lo tanto, aire. Necesitábamos agregar otro componente, que era un portador de carga para ir y venir entre el azufre y el electrodo de aire, y que resultó ser sodio ". El costo químico total de esta batería es de aproximadamente $ 1 /kWh.
Una vez que los investigadores decidieron los componentes, tuvieron que decidir cómo se vería el resto de la batería. Dado que todos los componentes químicos de la batería se disuelven en agua, decidieron una arquitectura de batería de flujo en la que, a través de una configuración de bombas y tubos, la carga eléctrica hace que los componentes de la batería pasen entre sí, generando reacciones químicas que la ayudan a capturar electrones. Una complicación de este enfoque es que la cantidad de carga eléctrica que se puede almacenardepende de la cantidad de líquido en el ánodo y el cátodo. Esto significa que la batería necesita ocupar más espacio del que se usa tradicionalmente, pero el costo de los materiales compensa ese inconveniente.
"Esperamos que la comunidad piense más en el almacenamiento de larga duración, que necesitaremos más a medida que alcancemos una mayor penetración de las energías renovables en la red de energía", dice Chiang. "Por ejemplo, hay variaciones estacionales, ytendremos que descubrir cómo lidiar con eso. Hasta ahora, el almacenamiento electroquímico no es lo primero en lo que la gente piensa para adaptarse a esa variación estacional, solo porque su costo es muy alto ".
Los investigadores planean continuar trabajando para hacer que su batería de almacenamiento sea más eficiente, reducir los costos de la arquitectura de la batería y aumentar su vida útil; actualmente puede operar hasta 1,500 horas, pero eso está lejos de la vida útil de 5-20 añosrequeriría en la práctica. También están considerando la mejor forma de escalar su prototipo y dónde probar comercialmente su producto.
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