Martinez 2014k

• Autors

Una de les traves més importants per poder implantar una autèntica xarxa verda d'abastiment energètic a partir de fonts renovables és la dificultat d'emmagatzemar l'electricitat obtinguda per poder-la subministrar en moments en què no se'n genera –sigui per manca de vent o per dèficit d'insolació– o, simplement, per utilitzar-la en qualsevol moment, sota demanda.

En la recerca de les tecnologies necessàries per poder arribar a la xarxa verda esmentada, un equip de la Universitat de Harvard, encapçalat pel doctor Aziz, ha rebut fons del Departament d'Energia dels Estats Units, a través de l'Advanced Research Projects Agency – Energy (ARPA-E), per desenvolupar una nova bateria (acumulador) de flux d'alta densitat energètica que no utilitzi els costosos metalls d'altres models, com les de vanadi (V), per exemple. En un termini de tres anys, cap a 2017, se n'hauria d'haver construït un prototip de grans dimensions.

En els acumuladors de flux, dues solucions provinents de dos dipòsits externs es dirigeixen cap a una cambra amb dos elèctrodes, dividida en dues parts per una membrana al mig. En aquesta membrana els dos fluids intercanvien protons i envien els electrons que s'hi generen cap al circuit que uneix els dos elèctrodes, amb la qual cosa la bateria es descarrega. La seqüència inversa provoca la recàrrega de la bateria.

Els acumuladors de flux emmagatzemen l'energia en fluids químics continguts en tancs externs, en lloc de fer-ho dintre del mateix contenidor de la bateria, com en el cas dels d'elèctrode sòlid. La mida dels tancs i la dels elements de conversió electroquímica a través dels quals es bomben els líquids són independents entre si, de manera que la quantitat d'energia que es pot emmagatzemar depèn només de les dimensions dels tancs.

En una bateria de flux, dos líquids diferents són bombats des dels respectius dipòsits perquè intercanviïn ions positius a través de la membrana i generin electricitat. En el mode de recàrrega, la reacció es la inversa.

L'equip de Harvard ha desenvolupat un model que se sustenta en l'electroquímica de certes molècules orgàniques abundants en la natura, les quinones, presents en gran quantitat de processos biològics vegetals i animals. Concretament, la molècula amb què treballen els investigadors és la que es troba de manera natural al ruibarbre (9,10-antraquinona-2,7-àcid disulfònic, anomenada AQDS). Aquesta quinona s'utilitza com a portadora de càrrega: cada molècula conté dues unitats de càrrega elèctrica, enfront de la unitat única de les de les bateries de flux convencionals, cosa que implica que la bateria podria emmagatzemar el doble d'energia en el mateix volum. L'ànode d'aquesta bateria experimental fa servir una solució d'àcid sulfúric que conté la quinona. Sense necessitat de catalitzador, la quinona reacciona amb els protons per formar una hidroquinona més energètica, cosa que carrega la bateria. La reacció quinona-hidroquinona és prop de mil vegades més ràpida que la reacció del vanadi de les bateries de flux convencionals, raó per la qual aquesta nova bateria ofereix alta velocitat de càrrega i descàrrega. Pel que fa al càtode, s'hi combinen brom (Br) i àcid bromhídric (HBr). Segons els investigadors, aquest és un dels punts febles de la seva bateria, ateses les greus conseqüències que podria tenir una fuita de Br o de HBr.

Pel que fa als cicles de càrrega i descàrrega, aquesta bateria ha estat capaç de completar-ne cent de complets sense mostrar cap signe de degradació, tot i que per ser comercialment viable hauria de ser capaç de completar-ne uns quants milers. Els impulsors de la nova tecnologia són optimistes i confien que el sistema podrà assolir aquest objectiu. I respecte del cost dels productes químics necessaris en aquesta bateria, Aziz l'estima en 27 $ per cada kWh emmagatzemat, un terç de la quantitat necessària en un sistema que faci servir vanadi.

(© School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University)

Autors

Redactat per: Alfonso Martínez Jaume