Baterías sostenibles fabricadas con subproductos de la industria maderera
La batería del bosque de Turingia
Anuncios
Ante la creciente demanda de almacenamiento de energía para la transición energética, urge encontrar tecnologías de baterías rentables, seguras y eficientes en el uso de los recursos. Las baterías de iones de sodio basadas en materiales disponibles localmente y respetuosos con el medio ambiente ofrecen un enfoque prometedor. Los investigadores de Fraunhofer y sus socios de proyecto están trabajando en un sistema de baterías de iones de sodio basado en la lignina, un subproducto de la industria de la madera y la pasta de papel.
La lignina, un biopolímero, es un componente clave de la madera que le confiere su estabilidad. Como subproducto de la industria papelera, suele quemarse para generar energía. Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS y de la Universidad Friedrich-Schiller de Jena -ambos socios del Centro de Química Energética y Medioambiental de Jena (CEEC)- han tenido una idea mejor: en el proyecto ThüNaBsE (Thuringia Sodium-Ion Battery for Scalable Energy Storage), financiado por el Estado Libre de Turingia y el Fondo Social Europeo, los investigadores están desarrollando y evaluando un nuevo tipo de batería de iones de sodio basada en la lignina, desde las materias primas hasta una célula completa de 1 Ah. El proyecto pretende contribuir a aumentar la independencia de materias primas críticas y, al mismo tiempo, fomentar la transición hacia baterías más baratas, sostenibles y seguras. Cuenta con el apoyo de un consejo asesor industrial formado principalmente por empresas regionales, entre ellas las de Turingia Mercer Rosenthal GmbH, Glatt Ingenieurtechnik GmbH, IBU-tec advanced materials AG y EAS Batteries GmbH, así como Petrochemical Holding GmbH, con sede en Viena. Otro objetivo del proyecto es apoyar a los jóvenes investigadores de Turingia. Por este motivo, varios investigadores prometedores, que actualmente están terminando sus doctorados en los campos de la energía y la investigación de baterías, participan en el proyecto ThüNaBsE.
Lignina: Convertir un subproducto en reciclable
La lignina se compone principalmente de bloques de hidrocarburos que pueden utilizarse para diversas aplicaciones químicas, como material de electrodos para baterías. En el proyecto, la materia prima de origen biológico se utilizará para el electrodo negativo. "Queremos evitar metales críticos como el litio, el cobalto y el níquel en la cadena de valor de las baterías. También queremos minimizar el contenido de flúor en los electrodos y electrolitos, y estamos probando hasta qué punto podemos eliminarlo". Sin embargo, el proyecto se centra principalmente en la transformación de lignina local de alta calidad en electrodos de alto rendimiento para nuestras baterías de iones de sodio", explica Lukas Medenbach, investigador científico del Fraunhofer IKTS de Arnstadt, la puerta de entrada al bosque de Turingia.
La lignina utilizada en el proyecto procede de Mercer Rosenthal GmbH. En condiciones inertes, se convierte térmicamente en carbono, que luego se procesa para fabricar electrodos. "Nuestros socios del Instituto de Química Técnica y Química Medioambiental de la Universidad Friedrich-Schiller, dirigidos por el profesor Martin Oschatz, utilizan procesos térmicos para convertir la lignina en lo que llamamos carbono duro. La estructura de este carbono duro es muy adecuada para el almacenamiento reversible de iones de sodio. El carbono duro presenta un alto rendimiento electroquímico, buena estabilidad de ciclo y bajos costes de adquisición, sobre todo si se obtiene a partir de materias primas sostenibles", explica Cornelius Dirksen, colega de Medenbach. Como material para el electrodo positivo se utilizarán análogos del azul de Prusia, compuestos de hierro no tóxicos. Utilizada por primera vez como pigmento hace unos 200 años, esta sustancia se caracteriza por su buena disponibilidad de materias primas, su compatibilidad medioambiental y sus propiedades de almacenamiento de iones de sodio.
Actualmente se están construyendo y probando las primeras celdas pequeñas de demostración en el centro de pruebas de baterías Fraunhofer IKTS de Arnstadt, en el Fraunhofer IKTS de Hermsdorf y en la Universidad Friedrich Schiller de Jena. El trabajo de laboratorio se complementa con simulaciones realistas y multifísicas. Los resultados son prometedores: "Tras 100 ciclos de carga y descarga, la célula de laboratorio no muestra una degradación significativa. El objetivo es demostrar 200 ciclos de carga y descarga para la célula completa de 1 Ah al final del proyecto", afirma Medenbach.
Una vez desarrollada por completo, la batería podría utilizarse para aplicaciones de almacenamiento estacionario o móvil en las que no se requiera una carga rápida. Las baterías de iones de sodio a base de lignina son adecuadas para aplicaciones móviles con menores requisitos de potencia, como, por ejemplo, microcoches (velocidad máxima de 45 km/h) o vehículos de logística de almacén como carretillas elevadoras. Una vez concluido el proyecto, los socios del proyecto tienen intención de seguir ampliando la tecnología y emprender el camino hacia los siguientes niveles de madurez tecnológica con la ayuda de un consorcio aún mayor.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
