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Baterías Acuosas sin membrana, una solución de almacenamiento de energía sostenible

Las baterías de flujo redox (RFB) constituyen una prometedora tecnología de almacenamiento de energía para mitigar la generación intermitente de energía a partir de fuentes renovables. Algunos méritos técnicos con respecto a otras baterías convencionales como las de Li-ión son su escalabilidad y el desacoplamiento total de energía y potencia. Sin embargo, una de las limitaciones más importantes que dificultan su penetración masiva en el mercado es el alto precio de algunos de los componentes actuales como son las especies activas basadas en metales (generalmente escasos y, en algunos casos también tóxicos) así como las membranas selectivas de intercambio iónico. Estas membranas son necesarias para evitar la mezcla cruzada de especies activas de los electrolitos pero son caras y en muchos casos ineficaces. Desde la comunidad científica se han propuesto diferentes estrategias para superar estos problemas. Entre ellas, la sustitución de especies redox metálicas por moléculas redox orgánicas, sostenibles, abundantes y baratas. Con respecto a la problemática membrana, la mera sustitución de membranas selectivas de iones por separadores porosos más económicos está emergiendo como una nueva tendencia en RFB. En estos sistemas, los problemas derivados del inevitable cruzamiento de las especies activas, se mitigan en cierta medida, mediante el uso de electrolitos que contienen las mismas especies en ambos compartimentos. Sin embargo, esto supone un desaprovechamiento del material activo puesto que la mitad de las especies activas empleadas no contribuyen al almacenamiento neto de energía.

Utilizando un enfoque disruptivo, la Dra. Rebeca Marcilla, investigadora principal de IMDEA Energía, lidera un proyecto ERC Consolidator Grant (https://cordis.europa.eu/project/id/726217/es) que tiene como último objetivo eliminar cualquier tipo de membrana o separador en baterías de flujo redox. Su grupo de investigación está desarrollando un nuevo concepto de batería sin membrana basado en la inmiscibilidad de dos electrolitos y en el que los compuestos metálicos activos se sustituyan por moléculas redox orgánicas.

En su último artículo*, en colaboración con el grupo del Prof. Joao Coutinho (Universidad de Aveiro, Portugal), publican el primer ejemplo de batería sin membrana que utiliza dos electrolitos acuosos inmiscibles. En este trabajo desarrollan un sistema bifásico acuoso (ABS) que contiene compuestos redox orgánicos con propiedades electroquímicas (potencial redox) y termodinámicas (coeficientes de reparto) optimizadas. Demuestran por primera vez la aplicación factible de este novedoso concepto sin membrana en un sistema bifásico acuoso que se comporta como una batería reversible con excelentes propiedades electroquímicas y de sostenibilidad.

(*) P. Navalpotro, C. Trujillo, I. Montes, C.M.S.S. Neves, J. Palma, M.G. Freire, J.A.P. Coutinho, R. Marcilla* "Critical aspects of Membrane-Free Aqueous Battery based on two immiscible neutral electrolytes" Energy Storage Materials, 2020, 26, 400-407. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.11.011

Más información: Rebeca Marcilla rebeca.marcilla@imdea.org, Investigadora Senior Unidad de Procesos Electroquímicos. https://www.energia.imdea.org/research_units/

Fecha: 
Viernes, Mayo 22, 2020