Endulzando el trato: la solución de azúcar aumenta la producción de energía y la durabilidad de las baterías de flujo

En un estudio innovador del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), los investigadores han mejorado notablemente la capacidad y la longevidad de las baterías de flujo, promocionadas como soluciones prometedoras para el almacenamiento de energía sostenible a gran escala. Al agregar un azúcar simple llamado β-ciclodextrina al electrolito de una batería de flujo, el equipo logró aumentar la producción de energía máxima en un impresionante 60%. En particular, la batería mantuvo casi toda su capacidad incluso después de un año de ciclos continuos de carga y descarga.

Las baterías de flujo se diferencian de las típicas baterías de automóviles o portátiles, ya que son versátiles e ideales para el almacenamiento de energía escalable y de larga duración. A medida que el mundo se tambalea hacia las fuentes de energía renovables, el almacenamiento de energía a escala de red proporcionado por baterías de flujo se vuelve cada vez más crucial. La tecnología ayuda a suavizar la intermitencia del suministro de energía renovable intrínseca a la energía eólica, solar e hidroeléctrica, creando así sistemas de energía más confiables.

El sistema de batería de flujo tradicional consta de dos electrolitos líquidos diferentes almacenados por separado, que circulan a ambos lados de una membrana selectiva de iones para crear una corriente cuando se necesita energía. Una de las ventajas de este sistema es la capacidad de "repostar" o recargarlo reemplazando los electrolitos agotados por otros cargados.

Los investigadores del PNNL, trabajando en conjunto con investigadores de Yale, decidieron disolver el azúcar simple β-ciclodextrina en el anolito de la batería (un tipo de electrolito). Inicialmente destinado a ayudar a disolver más fluorenol (un tipo de compuesto orgánico) en el electrolito a base de agua, el azúcar aportó beneficios inesperados.

Como primer ejemplo de un catalizador que acelera la reacción electroquímica en baterías de flujo mientras está disuelto en una solución (un proceso denominado "catálisis homogénea"), la β-ciclodextrina proporcionó un impulso único. Acepta protones cargados positivamente, creando equilibrio con los electrones cargados negativamente que se mueven a través de la membrana celular. Este equilibrio aceleró la velocidad de reacción, sobrealimentando el nivel de energía de la batería en un enorme 60%.

Una vez optimizada la potencia, la atención se centró en la longevidad. La fase de prueba de durabilidad implicó carga y descarga continua de la batería durante un año. Descubrieron, después de un año de uso, que la batería tenía una pérdida insignificante de capacidad, lo que demuestra una longevidad extraordinaria, que ya suele ser más larga que la de las baterías de litio.

Los investigadores del PNNL han solicitado patentes y están explorando otros compuestos similares para crear potencialmente un sistema más eficiente. La solución ofrece la esperanza de un almacenamiento de energía más sostenible mediante la utilización de compuestos abundantes y fáciles de sintetizar, reduciendo así la dependencia de materiales limitados y potencialmente tóxicos.

Este desarrollo forma parte de un programa más amplio dentro de PNNL diseñado para abordar problemas de almacenamiento de energía a escala de red y se verá reforzado en gran medida por el próximo lanzamiento de Grid Storage Launchpad de PNNL en 2024. En particular, esto representa el primer caso registrado de una batería de flujo que muestra tal durabilidad en condiciones de laboratorio, allanando el camino para transformar nuestras capacidades de almacenamiento de energía a nivel mundial.

La investigación Oxidación de alcohol regulada por protones para anolitos de batería de flujo a base de cetonas de alta capacidad se publicó en la revista Joule.