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Las baterías de aire y hierro pueden ser una solución económica y ecológica para el almacenamiento de energía.

Energía

Darío Borghino

9 de agosto de 2012

El Dr. Narayan está probando una de sus nuevas baterías al usarla para alimentar un pequeño ventilador (Foto: Dietmar Quistorf / USC)

Renovando un concepto que se exploró por primera vez hace cuarenta años, los investigadores de la Universidad del Sur de California (USC) están dando los toques finales a un diseño pendiente de patente para baterías de hierro-aire baratas, recargables y de alta densidad energética. Debido a sus características únicas, las baterías parecen particularmente adecuadas para el tipo de almacenamiento de energía a gran escala que podría acelerar la adopción de fuentes de energía renovables.

La búsqueda de una batería recargable barata y ecológica se remonta a décadas. Por un lado, las baterías de iones de litio se propusieron por primera vez en los años setenta, y solo los avances recientes en tecnología de materiales han hecho de esta tecnología una de las soluciones más comunes y de alto rendimiento para la electrónica portátil de hoy.

Ahora, un equipo de investigadores de la USC puede haber encontrado la clave para resucitar otro diseño que se propuso por primera vez al mismo tiempo: la batería de aire comprimido.

En el contexto del diseño de la batería, el hierro tiene más de unas pocas ventajas: es duradero, contiene una buena cantidad de energía por unidad de masa, se recicla fácilmente y, por último, es muy barato, en cantidades comerciales. solo cuesta alrededor de US $ 1 / kg (2.2 lb).

Las baterías de hierro y aire eran un candidato principal para vehículos eléctricos y aplicaciones militares después de la "crisis del petróleo" que comenzó en 1973. Sin embargo, la investigación se detuvo abruptamente solo años después, cuando los científicos se dieron cuenta de que las baterías de aire y hierro presentaban un problema serio y aparentemente insuperable. limitación: cuando la batería se estaba cargando, un proceso inútil de hidrólisis consumía aproximadamente la mitad de la energía de la batería.

De vuelta al presente, donde los investigadores de la USC finalmente han encontrado una solución a este problema inútil. Aprendieron que agregar una pequeña cantidad de sulfuro de bismuto en la batería detuvo la reacción dañina y redujo la pérdida de energía en más de diez veces, de cincuenta a solo cuatro por ciento. (Se desecharon otros posibles materiales de elección como el plomo o el mercurio porque, aunque podrían haber funcionado igual de bien, no habrían sido tan seguros).

Otra fortaleza crucial del sistema es el diseño sorprendentemente simple y económico de su electrodo de hierro. Los investigadores combinaron polvo de hierro con un aglutinante de polietileno, calentando la mezcla para obtener un electrodo de "placa prensada" que es fácil de hacer y tiene una alta energía específica. Con esta tecnología, una batería que almacene un kWh de energía (el equivalente a 24 baterías nuevas de iPad) solo requeriría un valor aproximado de $ 3 (3 kg / 6.6 lb) de polvo de hierro.

Este electrodo de hierro más barato está reduciendo los costos significativamente, y los investigadores apuntan a un agresivo $ 100 por kWh para sus baterías. Para referencia, la firma de investigación Lux Research calcula el costo de las baterías de iones de litio en alrededor de $ 600 / kWh y dice que su costo disminuirá muy lentamente, cayendo por debajo de la marca de $ 400 / kWh no antes de 2020.

La batería de aire y hierro presenta una durabilidad muy prometedora, con una vida útil de 5.000 ciclos de carga y descarga. Aún más importante, las baterías parecen conservar un buen rendimiento cuando se están agotando rápidamente: a una tasa de descarga de dos horas, las baterías muestran un aumento de veinte veces la capacidad en comparación con los electrodos disponibles comercialmente.

En general, el diseño de esta batería parece ser muy adecuado para satisfacer las demandas de las aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala y de ritmo rápido, y podría proporcionar el "búfer de red de energía" ideal para fuentes de energía renovables pero intermitentes como la energía solar y eólica. .

Un artículo que describe la batería se publicó en un número reciente de la Revista de la Sociedad Electroquímica .

Fuentes: USC, Lux Research.

El Dr. Narayan está probando una de sus nuevas baterías al usarla para alimentar un pequeño ventilador (Foto: Dietmar Quistorf / USC)

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