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El uso de energía eléctrica es uno de los servicios más importantes a nivel mundial para el desarrollo de actividades de todo tipo que mejoran la comodidad y desempeño de la vida humana. En ese sentido, es necesario proponer soluciones futuras para combatir el impacto ambiental ocasionado por la explotación de recursos no renovables (petróleo y derivados), la eminente generación de CO2, y para garantizar el acceso a la energía por la creciente demanda de consumo en todo el mundo. Es por ello que se ha desarrollado un fuerte interés por los sistemas de generación de energía a partir de recursos renovables (como la radiación solar y la energía eólica).
Este tipo de energías actualmente comprenden un pequeño porcentaje de las fuentes de energía primarias en la red eléctrica de algunos países, sin embargo, debido a la intermitencia operacional que presentan y que podría desestabilizar la red eléctrica, primero se debe almacenar dicha energía (mediante una transformación física o química) para después ser suministradas a la población de manera continua. Por lo tanto, existe una necesidad apremiante de tecnologías de almacenamiento para complementar y habilitar estándares de aceptación para fuentes renovables.
Estudios recientes han demostrado que las baterías de flujo redox (RFB, por sus siglas en inglés) presentan grandes beneficios al almacenamiento de energía a gran escala debido a su simplicidad, bajo impacto al medio ambiente, bajo riesgo a la seguridad, alta capacidad de almacenamiento y un ciclo de vida grande a gran escala en comparación con otras tecnologías de almacenamiento electroquímico.
Las RFB suelen emplear dos parejas redox solubles a altas concentraciones en agua o medios orgánicos que se acumulan en dos tanques externos y se bombean en un reactor electroquímico, donde una de las especies del par redox se transforma en la otra, almacenando o entregando energía dependiendo de si el dispositivo se está cargando o descargando. Actualmente se están investigando diversos materiales y electrolitos como alternativas viables para su aplicación en este tipo de sistemas.
La mayoría de los RFB utilizan agua como solvente, permitiendo el desarrollo de una gran variedad de RFB en medio acuoso, demostrando ser muy prometedoras para el almacenamiento de energía a gran escala incluso estando algunas en la etapa de comercialización, sin embargo, la densidad de energía está limitada por la estrecha ventana de estabilidad electroquímica del agua (se puede descomponer bajo la acción de un campo eléctrico), así como de los pares redox empleados. Además, muchos de los sistemas estudiados solo pueden funcionar en bajos niveles de concentración de electrolitos debido a su limitada solubilidad. Por lo anterior, la investigación utilizando solventes orgánicos y con compuestos químicos de coordinación especializados, ha ganado interés en los últimos años, resultando benéfico en su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía.
Particularmente en CIDETEQ, se está buscando mejorar las competitividades actuales de las RFB, mediante estudios donde se consideran el empleo de electrodos asequibles, de cobre y grafito en la batería, utilizando un medio aprótico (disolventes orgánicos que no se descomponen por la acción de un campo eléctrico estándar) y compuestos de coordinación de cobre en solución, con la finalidad de aumentar el potencial de la batería y la densidad energética del sistema.
El proyecto se encuentra en la etapa de prueba piloto de la batería de flujo, que se respalda por:
I) Un estudio electroquímico para caracterizar los procesos reversibles de las especies del cobre en solución
II) Un estudio de simulación computacional para estudiar el transporte de masa del sistema en función de los cambios en la velocidad de fluido.
Los resultados demuestran que, bajo ciertas condiciones y configuraciones, será posible obtener una batería de flujo redox de bajo costo, sin tener la limitación electroquímica como en medios acuosos obteniendo potenciales de celda competitivos. El reto ahora consiste en garantizar ciclos de vida altos y configuraciones capaces de suministrar la energía que cubra las demandas de su uso.
1 Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica Parque Tecnológico Querétaro, s/n, Sanfandila, C.P. 76703, Pedro Escobedo, Qro.
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