13.04.2021 - Universität Bayreuth

En nuestro camino hacia las baterías de flujo "verde"

"Nuestro objetivo es desarrollar baterías de flujo respetuosas con el medio ambiente y altamente eficientes a base de hierro"

El almacenamiento a largo plazo de la energía generada por el sol y la energía eólica es de vital importancia para la transición a la energía verde. Las baterías de flujo (baterías de flujo redox) ya han demostrado ser una forma de almacenamiento de energía con gran potencial económico y ecológico. Un nuevo proyecto de investigación de la Prof. Dra. Birgit Weber, de la Universidad de Bayreuth, se propone ahora optimizar este tipo de baterías. El objetivo es aumentar considerablemente la eficiencia y la capacidad de almacenamiento de las baterías de flujo de hierro, que son respetuosas con el medio ambiente. El proyecto se financia durante un año y medio con fondos del programa "¡Experimento!" de la Fundación Volkswagen, que asciende a unos 120.000 euros.

La iniciativa "¡Experimento!" de la Fundación Volkswagen financia proyectos en su fase inicial, cuando se ponen a prueba ideas de investigación nuevas e inusuales. Si tienen éxito, los proyectos proporcionan una valiosa base para futuras innovaciones en áreas importantes de la economía y la sociedad, sobre todo en el sector energético.

Las baterías de flujo tienen numerosas ventajas sobre las de iones de litio, que funcionan con electrolitos sólidos. Tienen una vida útil relativamente larga y no liberan sustancias nocivas para el medio ambiente. Además, el diseño modular de las baterías de flujo permite desvincular espacialmente el almacenamiento de energía de los procesos de carga y descarga. En principio, las baterías de flujo pueden alcanzar capacidades de almacenamiento muy elevadas, pero la densidad energética de sus electrolitos líquidos es bastante baja. En los últimos años, las baterías de flujo que utilizan vanadio disuelto en sus contenedores de electrolitos han demostrado ser una opción de almacenamiento muy atractiva, en teoría. Sin embargo, el vanadio es un metal raro y caro, y suele contener impurezas. "Hoy en día, el hierro se considera, con diferencia, el candidato más prometedor para las baterías de flujo. Es uno de los metales más abundantes y baratos de la Tierra, y se caracteriza por su baja toxicidad y su idoneidad para ser utilizado en diversos entornos moleculares", afirma la profesora Dra. Birgit Weber, catedrática de Química Inorgánica de la Universidad de Bayreuth.

El hierro se presenta en la forma divalente Fe2+ y en la forma trivalente Fe3+, que en la investigación se denominan hierro (II) y hierro (III). Ambos tipos de hierro forman complejos moleculares que existen en diferentes estados mecánicos cuánticos, los llamados estados de espín. Los estímulos externos, por ejemplo un cambio en la temperatura ambiente, pueden provocar un cambio en el estado de espín. En el marco del nuevo proyecto, la posibilidad de poder inducir específicamente un determinado estado de espín en estos complejos de hierro mediante el cambio de temperatura se utilizará ahora para el desarrollo posterior de las baterías de flujo. Ya se sabe que el estado de espín de los complejos de hierro influye en su potencial redox. Éste es una medida de la fuerza motriz de las reacciones redox que tienen lugar en los electrolitos de las baterías de flujo, que es precisamente donde reside la oportunidad de optimización. Las baterías de flujo que contienen hierro (II) y hierro (III) en lugar de vanadio pueden ganar una eficiencia significativamente mayor si es posible controlar el potencial redox de sus complejos de hierro cambiando deliberadamente su estado de giro.

"Nuestro objetivo es desarrollar baterías de flujo respetuosas con el medio ambiente y altamente eficientes basadas en el hierro. Gracias a su gran capacidad de almacenamiento, podrán contribuir a aumentar considerablemente la proporción de fuentes de energía sostenibles en nuestra combinación energética", afirma Weber.

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