Las fuentes de Energía Limpia deben aprovecharse para reemplazar los combustibles fósiles que ahora están contaminando nuestra atmósfera. Aunque la energía solar y eólica pueden suministrar toda la energía necesaria, se necesitará almacenamiento cuando el sol no esté brillando y el viento no esté soplando. Las baterías de flujo orgánico son una alternativa potencialmente más segura y menos costosa que las baterías de ion de litio y las baterías de flujo de vanadio para el almacenamiento de energía renovable a gran escala .
Investigadores de Harvard han demostrado una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento más duradera hasta la fecha.
Apodada la Metonela quinona, basada en la figura bíblica más longeva, esta molécula podría almacenar y liberar energía de manera útil decenas de miles de veces durante períodos de varios años.
«Diseñamos y construimos un nuevo compuesto orgánico que puede almacenar energía eléctrica y también tiene una vida muy larga antes de que se descomponga» —dijo Roy Gordon, uno de sus co-directores— «Descubrimos los procesos de degradación de las moléculas que utilizamos previamente en las baterías de flujo. Luego creamos nuevas moléculas más estables que evitan estos problemas».
En trabajos previos habían demostrado una química con una vida útil larga pero baja tensión, lo que conduce a un bajo almacenamiento de energía por molécula, y conlleva un alto costo para una cantidad dada de energía almacenada. Aziz asegura que ahora tienen la primera química con estabilidad a largo plazo y llega a más de un voltio, lo que comúnmente se considera el umbral para la implementación comercial. «Creo que es la primera batería de flujo de base orgánica que cumple con todos los requisitos y criterios técnicos para la implementación práctica «, indicó.
Esta batería de flujo utiliza una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento más duradera hasta la fecha. Crédito: Eliza Grinnell
Energía Limpia y Molécula de Matusalén
La nueva química se basa en investigaciones previas dirigidas por Aziz y Gordon. La molécula de Matusalén es una quinona modificada, una molécula abundante y natural que forma parte de procesos biológicos como la fotosíntesis y la respiración celular. Colaborando con la química teórica, el profesor Alán Aspuru-Guzik y su equipo de investigación caracterizó el proceso de degradación de moléculas de quinona previas en baterías de flujo e hizo modificaciones para aumentar la vida del calendario.
En experimentos en sus laboratorios, la molécula de Matusalén tenía una tasa de fundido de menos de 0,01 por ciento por día y menos de 0,001 por ciento por ciclo de carga / descarga, que extrapola a menos del 3 por ciento de degradación en el transcurso de un año, y una operación útil para decenas de miles de ciclos.
Matusalén también demostró ser altamente soluble, lo que significa que puede almacenar más energía en un espacio más pequeño. Funciona en un electrolito alcalino débil, lo que reduce el costo de la batería al permitir el uso de materiales de contención económicos y una membrana de polímero barata para separar los terminales positivo y negativo.
Todos estos avances reducen el costo de almacenamiento y pueden hacer que las químicas de almacenamiento orgánico sean rentables para la descarga de larga duración.
«Esta investigación demuestra el potencial de los productos orgánicos» —dijo David Kwabi, becario postdoctoral en SEAS y coautor del artículo— «Mostramos que las moléculas orgánicas son una alternativa viable, duradera y rentable a las costosas baterías de vanadio».
La investigación fue respaldada por el programa de almacenamiento de energía de la Oficina de Electricidad de EE. UU., Por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía, por el Fondo de Innovación Dinamarca, por el Centro de Tecnología de Energía Limpia de Massachusetts y por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard. «Este importante trabajo representa un avance significativo hacia baterías de flujo de larga duración y bajo costo» —dijo Imre Gyuk, Director del programa de almacenamiento de Office of Electricity de DOE— «Tales dispositivos son necesarios para permitir que la red eléctrica absorba cantidades crecientes de generación renovable verde pero variable».
Con la asistencia de la Oficina de Desarrollo Tecnológico (OTD) de Harvard, los investigadores están buscando socios comerciales para ampliar la tecnología para aplicaciones industriales. Harvard OTD ha presentado una cartera de patentes pendientes sobre innovaciones en tecnología de baterías de flujo .
La investigación fue co-dirigida por Roy Gordon, el Catedrático de Química Thomas Dudley Cabot y el Profesor de Ciencia de Materiales, y Michael Aziz, Profesor de Geotecnia y Tracy Sykes de Materiales y Tecnologías Energéticas en la Escuela de Ingeniería John A. Paulson de Harvard y aplicada Ciencias (SEAS).
Fuente: Harvard Edu.
