Los científicos han creado una batería diseñada para la red eléctrica que almacena energía durante meses sin perder mucha capacidad de almacenamiento.
El desarrollo de la "batería de congelación y descongelación", que congela su energía para usarla más tarde, es un paso hacia las baterías que se pueden usar para el almacenamiento estacional: ahorrar energía en una estación, como la primavera, y gastarla en otra, como el otoño.
El prototipo es pequeño, aproximadamente del tamaño de un disco de hockey. Pero la utilidad potencial de la ciencia detrás del dispositivo es enorme, prediciendo un momento en que la energía de fuentes intermitentes, como la luz del sol y el viento, se puede almacenar durante mucho tiempo.El trabajo de los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía se publicó en línea el 23 de marzo en Informes celulares Ciencias físicas.
"Las tecnologías de almacenamiento de energía de mayor duración son importantes para aumentar la resiliencia de la red cuando se incorpora una gran cantidad de energía renovable", dijo Imre Gyuk, director de Almacenamiento de Energía en la Oficina de Electricidad del DOE, que financió el trabajo. "Esta investigaciónmarca un paso importante hacia una solución de almacenamiento de batería estacional que supera las limitaciones de autodescarga de las tecnologías de batería actuales".
Aprovechamiento y empaque de la energía de la naturaleza
Las fuentes renovables van y vienen con los ciclos de la naturaleza. Eso hace que sea difícil incluirlas en un flujo confiable y constante de electricidad. En el noroeste del Pacífico, en la primavera, por ejemplo, los ríos cargados de escorrentía impulsan las represas hidroeléctricas al máximolos vientos soplan ferozmente por el desfiladero de Columbia. Toda esa energía debe aprovecharse de inmediato o almacenarse durante unos días como máximo.
A los operadores de la red les encantaría aprovechar esa energía primaveral, almacenarla en baterías grandes y luego liberarla a fines del año cuando los vientos de la región son lentos, los ríos están bajos y la demanda de electricidad alcanza su punto máximo.
Las baterías también mejorarían la capacidad de las empresas de servicios públicos para capear un corte de energía durante tormentas severas, poniendo a disposición grandes cantidades de energía para alimentar la red después de un huracán, un incendio forestal u otra calamidad.
"Es muy parecido a cultivar alimentos en su jardín en la primavera, poner el extra en un recipiente en su congelador y luego descongelarlo para la cena en el invierno", dijo el primer autor Minyuan "Miller" Li.
La batería se carga primero calentándola a 180 grados centígrados, lo que permite que los iones fluyan a través del electrolito líquido para crear energía química. Luego, la batería se enfría a temperatura ambiente, esencialmente bloqueando la energía de la batería. El electrolito se solidificay los iones que transportan la energía permanecen casi inmóviles. Cuando se necesita la energía, la batería se recalienta y la energía fluye.
El fenómeno de congelación y descongelación es posible porque el electrolito de la batería es sal fundida, un primo molecular de la sal de mesa común. El material es líquido a temperaturas más altas pero sólido a temperatura ambiente.
El concepto de congelación y descongelación evita un problema familiar para cualquiera que haya dejado su automóvil sin usar durante demasiado tiempo: una batería que se descarga automáticamente cuando está inactiva. Una tasa de descarga rápida, como la de las baterías en la mayoría de los automóviles o computadoras portátiles,obstaculizaría una batería de red diseñada para almacenar energía durante meses en particular, la batería de congelación y descongelación del PNNL ha retenido el 92 por ciento de su capacidad durante 12 semanas.
En otras palabras, la energía no se degrada mucho; se conserva, como la comida en un congelador.
Ingredientes ordinarios un plus
El equipo evitó materiales raros, costosos y altamente reactivos. En cambio, la batería de sal fundida de aluminio y níquel está repleta de materiales comunes y abundantes en la Tierra. El ánodo y el cátodo son placas sólidas de aluminio y níquel, respectivamente.re sumergido en un mar de electrolito de sal fundida que es sólido a temperatura ambiente pero fluye como líquido cuando se calienta. El equipo agregó azufre, otro elemento común y de bajo costo, al electrolito para mejorar la capacidad energética de la batería.
Una de las mayores ventajas de la batería es la composición de un componente, llamado separador, colocado entre el ánodo y el cátodo. La mayoría de las baterías de sal fundida de alta temperatura requieren un separador cerámico, que puede ser más costoso de fabricar ysusceptible de romperse durante el ciclo de congelación-descongelación. La batería PNNL utiliza fibra de vidrio simple, posiblemente debido a la química estable de la batería. Esto reduce los costos y hace que la batería sea más resistente cuando se somete a ciclos de congelación-descongelación.
"Reducir los costos de la batería es fundamental. Es por eso que elegimos materiales comunes y menos costosos para trabajar, y por qué nos enfocamos en quitar el separador de cerámica", dijo el autor correspondiente Guosheng Li, quien dirigió el estudio.
La energía de la batería se almacena a un costo de materiales de alrededor de $23 por kilovatio hora, medido antes de un aumento reciente en el costo del níquel. El equipo está explorando el uso de hierro, que es menos costoso, con la esperanza de reducir el costo de los materiales.hasta alrededor de $ 6 por kilovatio hora, aproximadamente 15 veces menos que el costo de los materiales de las baterías de iones de litio actuales.
La densidad de energía teórica de la batería es de 260 vatios-hora por kilogramo, más alta que las baterías de plomo-ácido y de flujo actuales.
Los investigadores señalan que las baterías diseñadas para el almacenamiento estacional probablemente se cargarían y descargarían solo una o dos veces al año. A diferencia de las baterías diseñadas para alimentar automóviles eléctricos, computadoras portátiles u otros dispositivos de consumo, no es necesario que duren cientos o miles de ciclos.
"Puede comenzar a imaginar algo como una batería grande en un camión con remolque de 40 pies estacionado en un parque eólico", dijo el coautor Vince Sprenkle, asesor estratégico principal de PNNL. "La batería se carga en la primavera y luego elel camión se conduce por la carretera hasta una subestación donde la batería está disponible si se necesita durante el calor del verano".
Battelle, que opera PNNL, solicitó una patente sobre la tecnología.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por DOE/Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Original escrito por Tom Rickey. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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