Baterías de sal fundida, la más potente, segura y barata hasta ahora

A medida que las formas de energía renovable, como la eólica y la solar, continúen ganando importancia, será necesario encontrar soluciones creativas cuando se trata de almacenar energía de fuentes que son intermitentes por naturaleza.

 Una posible solución se conoce como batería de sal fundida, que ofrece ventajas que las baterías de litio no ofrecen, pero que también tiene su parte de problemas que resolver.

Los científicos de Sandia National Laboratories han ideado un nuevo diseño que aborda varias de estas deficiencias y han demostrado una batería de sal fundida que funciona y que se puede construir de forma mucho más económica y al mismo tiempo, almacenar más energía que las versiones disponibles actualmente.

La meta de las baterías del futuro: mayor duración y más baratas

Almacenar grandes cantidades de energía de manera económica y eficiente es el nombre del juego cuando se trata de alimentar ciudades enteras con energía renovable y, a pesar de sus muchas fortalezas, aquí es donde la costosa tecnología de baterías de litio se queda corta.

 Las baterías de sales fundidas se configuran como una solución más rentable, que utilizan electrodos que se mantienen en estado fundido con la ayuda de altas temperaturas. Esto es algo que los científicos de Sandia han estado trabajando para cambiar.

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“Hemos estado trabajando para reducir la temperatura de funcionamiento de las baterías de sodio fundido lo más bajo posible físicamente”, dice Leo Small, el investigador principal del proyecto.

“Hay un ahorro de costos en cascada que viene junto con la reducción de la temperatura de la batería. Puede usar materiales menos costosos y necesitan menos aislamiento y el cableado que conecta todas las baterías puede ser mucho más delgado”.

En su forma comercial, estas baterías se conocen como baterías de sodio-azufre, y algunas de ellas se han desarrollado en todo el mundo, pero generalmente operan a 520 a 660 grados Fahrenheit o su equivalente de 270 a 350 grados centígrados.

El equipo de Sandia ha puesto sus miras mucho más bajas, aunque hacerlo requirió un replanteamiento, ya que las químicas que funcionan a altas temperaturas no se prestan bien a temperaturas más bajas.

El diseño de los científicos consiste en sodio metálico líquido que se encuentra en el lado opuesto de un material separador de cerámica a una nueva mezcla liquida hecha de yoduro de sodio y cloruro de galio, que los científicos llaman catolito.

 Cuando la batería descarga energía, tiene muchas reacciones químicas que producen iones de sodio y electrones que pasan a través del material separador altamente selectivo y producen sal de yoduro fundida en el otro lado.

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Esta batería de sodio-azufre demostró ser capaz de funcionar a solo 230 grados Fahrenheit, lo que equivale a 110 grados centígrados y demostró su valor durante ocho meses de pruebas en el laboratorio a través de las cuales se cargó y descargo más de 400 veces.

Además, funciona a 3,6 voltios, lo que, según los científicos, es alrededor de un 40 por ciento más alto que las baterías de sales fundidas disponibles comercialmente. Esto podría equivaler a versiones con menos celdas y, por lo tanto, una mayor densidad de energía.

“Estamos realmente entusiasmados con la cantidad de energía que podríamos acumular en el sistema debido al nuevo catolito que informamos”, dice la autora del estudio Martha Gross.

 “Las baterías de sodio fundido han existido durante décadas, y están en todo el mundo, pero nadie habla de ellas. Entonces, poder bajar la temperatura y volver con algunos números y decir, ´esto es realmente, realmente sistema viable es bastante ordenado´”.

Los científicos ahora están centrando su atención en reducir el costo de la batería que podría provenir de reemplazar el cloruro de galio, que es alrededor de 100 veces más caro que la sal de mesa. Dicen que la tecnología aun está a cinco o diez años de su comercialización, pero que trabaja a su favor es la seguridad de la batería, que no presenta riesgo de incendio.

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“Esta es la primera demostración del ciclo estable a largo plazo de una batería de sodio fundido a baja temperatura”, dice el autor del estudio Erick Spoerker. “La magia de lo que hemos reunido es que hemos identificado la química de la sal y la electroquímica que nos permiten operar eficazmente a 230 grados Fahrenheit.

Esta configuración de yoduro de sodio a baja temperatura es una especia de reinvención de lo que significa tener una batería de sodio fundido”.

Batería de sal fundida 33 veces más barato que las baterías de iones de litio

En 2017 se dieron a conocer los datos de BVES donde se enumeran los costos de capital de 25 EUR por kWhth almacenados en un tanque de sal fundida, con la advertencia de que estos costos específicos dependen en gran medida de la diferencia de temperatura y el método de operación, ya se directa o indirectamente a través de intercambiadores de calor.

 Las cifras de la ficha técnica oscilan entre 27 y 70 EUR.. Los primeros seis sistemas de demostración que involucraron baterías de iones de litio a gran escala fueron instalados por proveedores de energía STEAG los cuales costaron 833 EUR.

Esto demostró que el almacenamiento de sales fundidas es 33 veces menos costoso que una batería eléctrica, al comparar los 833 EUR con los 25 EUR. En el mejor de los casos, la energía térmica se puede almacenar a alrededor de 1/90 del costo de la electricidad, al poner los 1400 EUR en relación con los 15 EUR.

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El director de dos empresas alemanas llamadas Enolcon y Storasol, estuvo de acuerdo con los costos de las sales fundidas que se indican en la tabla y dijo que “las comparaciones de costos siempre son complicadas porque dependen en gran medida de lo que implica el cálculo subyacente, por ejemplo, incluye ventiladores, intercambiadores de calor, bombas u otros equipos”.

Storasol fue fundada en 2013, con la intención de diseñar sistemas de almacenamiento de energía térmica a alta temperatura (HTTES) basados en una tecnología desarrollada por Enolcon. Esta última es una empresa alemana de consultoría e ingeniería especializada en la financiación de proyectos y el apoyo a la evaluación para desarrolladores de centrales eléctricas convencionales de energías renovables.

Añadió además que “Los costes en euros por kilo vatio – hora también depende de la temperatura de almacenamiento, ya que esta temperatura influye en la cantidad de energía almacenada, dados los mismos gastos de capital iniciales. Por ejemplo, almacenar calor a 550 grados centígrados podría duplicar la capacidad de almacenamiento en comparación con el calor a 400 grados centígrados, lo que significa que los costos por kilo vatio hora se reducirán a la mitad”.

La nueva tecnología modular de Storasol para temperaturas de 600 grados centígrados o más utiliza arena o grava pequeña para almacenar el calor y el aire ambiente para transferirlo.

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“La nueva disposición de lecho solido del material de almacenamiento permite operaciones de carga y descarga muy rápidas”, dijo el director. “Puede reducir los costos de almacenamiento entre 15 y 25 EUR”. El primero de los sistemas HTTES de megavatios de Storasol se puso en funcionamiento en la Universidad de Bayreuth a finales de 2015.

Los tipos de baterías conocidas y no tan conocidas que ya podemos encontrar en el mercado

Existen diversos tipos de baterías como lo son:

Baterías de Níquel – Cadmio.

Estas baterías son uno de los tipos más antiguos disponibles en la actualidad junto a las de plomo-acido. Una de sus ventajas es que pueden someterse a altas tasas de descarga y pueden funcionar en un amplio rango de temperaturas.

Baterías de Níquel e hidruro metálico.

Estos son tipos de baterías relativamente nuevos, son una versión extendida de las baterías de electrodos de níquel e hidrogeno, que se utilizaron exclusivamente en aplicaciones aeroespaciales.

Baterías de iones de litio.

La aparición de las baterías de iones de litio en las últimas dos décadas ha sido fenomenal. Más de 50% del mercado de consumidores ha adoptado el uso de baterías de iones de litio. En particular, las computadoras portátiles, teléfonos móviles, cámaras, entre otras son las aplicaciones más importantes de las baterías de iones de litio.

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Las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía significa mente alta, una alta energía específica y un ciclo de vida más largo. Otras ventajas principales de la batería de iones de litio son la tasa de auto descarga lenta y la amplia gama de temperatura de funcionamiento.

Como elegir una batería:

La selección de una batería para su aplicación se puede reducir a solo dos características: rendimiento y costo, energía o poder, duración, eficiencia energética y tasa de recarga.

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