Seguir La Corriente: Una Introducción A Las Baterías De Flujo Redox

Las tecnologías de energía renovable, en particular la solar fotovoltaica, están preparadas para transformar el panorama energético. Combinada con el perfil de carga y la configuración adecuados, la energía solar ha llegado a un punto en el que es más rentable que los generadores de combustión.

Pero para dar el siguiente gran paso, necesitamos encontrar una solución que permita el almacenamiento de energía de bajo costo, una capacidad que elimine el problema de la generación de energía intermitente que ocurre con los sistemas de energía totalmente fotovoltaicos*. Cuando llegue ese día, cambiará el juego. Esto hará que las masas se cuestionen seriamente el papel de los generadores de combustión en nuestra combinación energética. Un impulso para el almacenamiento de energía es un impulso para la energía solar.

De todas las interesantes tecnologías de almacenamiento de energía que se están desarrollando, la batería de flujo parece ser la favorita en la carrera por el dominio del almacenamiento de energía distribuido. La batería Flow es un diseño de batería avanzado que presenta desafíos y oportunidades únicos, y se encuentra en el medio del espectro entre las unidades de iones de litio de alto rendimiento y alto costo y los tipos de plomo-ácido de bajo costo.

¿Cómo funciona una batería de flujo?

Una batería de flujo consta esencialmente de:

Dos líquidos separados que contienen elementos químicos electroactivos disueltos en solución;
Una membrana especialmente diseñada que evita que las dos soluciones se mezclen y al mismo tiempo permite el intercambio iónico (es decir, el movimiento de la carga eléctrica);
Una celda electroquímica que permite extraer la energía química almacenada en las soluciones para utilizarla como electricidad útil en un circuito externo; Y
Tanques de almacenamiento y bombas para hacer circular las soluciones a través de la celda.

Esquema de una batería de flujo (crédito de la foto: Universidad de Columbia Britanica)

A medida que las dos soluciones circulan a través de la celda electroquímica, se produce un intercambio iónico (es decir, flujo de corriente) entre las dos soluciones y a través de la membrana de separación. Luego, la corriente se puede extraer a través de electrodos en contacto y usarse para impulsar una carga en un circuito externo. Las baterías de flujo también se denominan “baterías de flujo redox”, en base a las reacciones de reducción y oxidación que tienen lugar en las soluciones durante el funcionamiento.

Para recargar la batería de flujo simplemente se invierte el proceso, aplicando un voltaje opuesto a la celda electroquímica, haciendo que la carga eléctrica se mueva en la dirección opuesta.

En comparación con las baterías de plomo-ácido, la energía se almacena como material electroactivo disuelto en las soluciones en lugar de metal sólido recubierto en la caja de la batería. Como resultado, las características de potencia y capacidad de las baterías de flujo están desacopladas y se pueden ajustar de forma independiente; el almacenamiento se puede ampliar fácilmente si se desea un aumento en el almacenamiento total de kilovatios-hora.

Ventajas y desventajas

Las soluciones utilizadas en las baterías de flujo más comunes se pueden recargar indefinidamente, lo que potencialmente resulta en una vida útil más larga y un menor costo nivelado de almacenamiento (LCOS). Además, las baterías se pueden recargar rápidamente simplemente reemplazando las soluciones usadas por un lote nuevo. Esta capacidad de “repostaje rápido” también resulta atractiva para su uso en vehículos eléctricos.

Sin embargo, la necesidad de bombas, controladores de flujo y tanques de almacenamiento complica la operación del sistema y reduce aún más la densidad energética general de las unidades de batería de flujo. Si bien la solución puede tener una vida útil indefinida, los componentes que transportan soluciones electroquímicas corrosivas pueden resultar un eslabón débil si se implementan incorrectamente. Las baterías de flujo también requieren componentes electrónicos más complicados en comparación con los diseños más simples de baterías de plomo-ácido.

¿Cómo promoverán las baterías de flujo la energía solar fotovoltaica y renovable?

Empresas como Imergy, Redflow y EnerVault ya han lanzado unidades de batería de flujo que compiten directamente con los generadores de combustión estándar para aplicaciones tanto dentro como fuera de la red. Algunas de estas unidades disponibles comercialmente afirman que los LCOS son más competitivos que las plantas de gas de primera línea y están en camino de eliminar gradualmente las tecnologías de generación de combustión más caras. El avance continuo de las baterías en esta capacidad está ayudando a abrir la puerta a que la energía solar fotovoltaica y otras tecnologías de energía renovable llenen el vacío.

* No todas las tecnologías de energía renovable tienen el mismo perfil de generación; la suma de diferentes tipos de tecnologías de energía renovable puede dar como resultado un complemento de carga base razonablemente estable. Las centrales hidroeléctricas, las turbinas eólicas, los generadores de energía de las olas y los sistemas solares fotovoltaicos funcionan de forma independiente. Por ejemplo, las turbinas eólicas pueden generar electricidad por la noche cuando los paneles fotovoltaicos están inactivos, mientras permanecen estacionarias durante el calor del día, cuando los paneles solares son más productivos. Un sistema híbrido distribuido podría hacer maravillas con la resiliencia de nuestra red eléctrica.

Crédito de la foto superior: Publicaciones de negocios Nikkei