Debido a que el sol no siempre brilla, las empresas de servicios solares necesitan una forma de almacenar el cargo adicional para un día lluvioso. Lo mismo ocurre con las instalaciones de energía eólica, ya que el viento no siempre sopla. Para aprovechar al máximo la energía renovable,Las redes eléctricas necesitan baterías grandes que puedan almacenar la energía proveniente de las instalaciones eólicas y solares hasta que se necesite. Algunas de las tecnologías actuales que son potencialmente muy atractivas para la red eléctrica son ineficientes y de corta duración.
Los químicos de la Universidad de Utah y la Universidad de Michigan, que participan en el Centro Conjunto de Investigación de Almacenamiento de Energía del Departamento de Energía de EE. UU., Predicen un futuro mejor para un tipo de batería para almacenamiento en la red llamada baterías de flujo redox. Utilizando un modelo predictivo de moléculas y suspropiedades, el equipo ha desarrollado una molécula de almacenamiento de carga alrededor de 1,000 veces más estable que los compuestos actuales. Sus resultados se informan hoy en el Revista de la American Chemical Society.
"Nuestro primer compuesto tuvo una vida media de aproximadamente ocho a 12 horas", dice el químico U Matthew Matthew Sigman, refiriéndose al período de tiempo en el que la mitad del compuesto se descompondría. "El compuesto que predijimos era estable en el pedidode meses "
No es tu batería normal
Para un cliente típico de paneles solares residenciales, la electricidad debe usarse ya sea como se genera, se vuelve a vender a la red eléctrica o se almacena en baterías. Las baterías de plomo de ciclo profundo o las baterías de iones de litio ya están en el mercado, pero cada tipo presentadesafíos para su uso en la red.
Todas las baterías contienen productos químicos que almacenan y liberan carga eléctrica. Sin embargo, las baterías de flujo redox no son como las baterías de los automóviles o teléfonos celulares. En cambio, las baterías de flujo redox usan dos tanques para almacenar energía, separados por un conjunto central de electrodos inertes.Los tanques contienen las soluciones que contienen moléculas o átomos cargados, llamados anolitos y catolitos, que almacenan y liberan carga a medida que la solución "fluye" más allá de los electrodos, dependiendo de si se suministra electricidad a la batería o se extrae de ella.
"Si desea aumentar la capacidad, simplemente coloca más material en los tanques y fluye a través de la misma celda", dice la química de la Universidad de Michigan, Melanie Sanford. "Si desea aumentar la velocidad de carga o descarga, ustedaumentar el número de celdas "
Las baterías de flujo redox actuales usan soluciones que contienen vanadio, un material costoso que requiere seguridad adicional en el manejo debido a su toxicidad potencial. La formulación de las baterías es un acto de equilibrio químico, ya que las moléculas que pueden almacenar más carga tienden a ser menos estables, perdiendo cargay descomponiéndose rápidamente.
coches de choque moleculares
Sanford comenzó a colaborar con Sigman y el electroquímico U Shelley Minteer a través del Centro Conjunto de Investigación de Almacenamiento de Energía del Departamento de Energía de EE. UU. JCESR, un Centro de Innovación Energética dedicado a crear tecnologías de baterías de próxima generación. El laboratorio de Sanford desarrolló y probó posibles moléculas de electrolitos,y trató de usar tecnología predictiva para ayudar a diseñar mejores compuestos de batería. Minteer aportó experiencia en electroquímica y Sigman empleó un método computacional, que utiliza las características estructurales de una molécula para predecir sus propiedades. Un enfoque similar se usa ampliamente en el desarrollo de fármacos para predecirpropiedades del fármaco candidato. El trabajo del equipo encontró que un compuesto candidato se descompone cuando dos moléculas interactúan entre sí. "Estas moléculas no pueden descomponerse si no pueden unirse", dice Sanford. "Puede sintonizar las moléculas para prevenirlasde venir juntos "
Al ajustar un parámetro clave de esas moléculas, un factor que describe la altura de un componente molecular, esencialmente se colocó un protector de parachoques o deflector alrededor de la molécula candidata.
El anolito más emocionante que se informa en el documento se basa en la molécula orgánica piridinio. No contiene metales y está destinado a disolverse en un disolvente orgánico, lo que mejora aún más su estabilidad. Otros compuestos exhibieron vidas medias más largas, pero este anolito proporcionala mejor combinación de estabilidad y potencial redox, que está directamente relacionada con la cantidad de energía que puede almacenar.
Compartiendo habilidades para construir baterías
Sigman, Minteer y Sanford ahora están trabajando para identificar un catolito que se empareje con esta y futuras moléculas. Otros hitos de ingeniería están por delante en el desarrollo de una nueva tecnología de batería de flujo redox, pero determinar un marco para mejorar los componentes de la batería es la clave primeropaso.
"Es un desafío multiparte, pero no puedes hacer nada si no tienes moléculas estables con bajo potencial redox", dice Sanford. "Necesitas trabajar desde allí". El equipo atribuye su éxito hasta el momentoaplicación de este conjunto de herramientas de relación estructura-función, típicamente utilizado en la industria farmacéutica, al diseño de baterías. "Llevamos las herramientas de los químicos a un campo que tradicionalmente era competencia de los ingenieros", dice Sanford.
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Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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