Investigadores han creado un electrodo impreso en 3D que podría facilitar y hacer más seguro el almacenamiento de grandes cantidades de energía renovable generada por parques eólicos y solares. Dirigido por la Dra. Maxime van der Heijden, profesora de la Universidad de Waterloo, el equipo de investigación se inspiró en estructuras naturales para rediseñar un componente clave de las baterías de flujo redox (RFB), una tecnología que permite almacenar electricidad para su uso posterior. El nuevo diseño facilita el flujo del líquido de la batería, permitiendo que las reacciones químicas de almacenamiento y liberación de energía se produzcan con mayor eficacia.
El estudio, titulado “Mejora del transporte de masa en baterías de flujo redox con estructuras de electrodos de superficie mínima triplemente periódicas impresas en 3D”, aparece en la revista Journal of Energy Storage.
Las baterías de flujo redox funcionan de manera diferente a las baterías de iones de litio que se encuentran comúnmente en teléfonos, vehículos eléctricos y muchos sistemas de almacenamiento de energía. Estas baterías utilizan electrolitos a base de agua en lugar de los materiales inflamables que se encuentran en las baterías de iones de litio, lo que las convierte en una alternativa potencialmente más segura para el almacenamiento de energía a gran escala.
Almacenamiento más seguro para la red eléctrica
Las baterías de flujo redox son una tecnología complementaria a las baterías de iones de litio para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala. Sus electrolitos a base de agua las convierten en una opción más segura para almacenar energía renovable a la escala necesaria para abastecer, por ejemplo, a comunidades y a la red eléctrica con energía renovable continua.
“En lugar de almacenar energía en materiales sólidos, la almacenan en electrolitos líquidos contenidos en tanques externos”, explicó van der Heijden, profesora de ingeniería química en Waterloo. “La cantidad de energía almacenada se puede aumentar simplemente utilizando tanques más grandes, lo que las hace idóneas para el almacenamiento de energía renovable a gran escala y para aplicaciones en la red eléctrica”.
Esa flexibilidad podría volverse cada vez más importante a medida que aumente la generación de electricidad a partir de fuentes renovables. La energía eólica y solar son intermitentes, ya que no siempre producen electricidad cuando se necesita, lo que genera la necesidad de tecnologías que puedan almacenar el exceso de energía y devolverlo a la red posteriormente.
Impresión de electrodos con mayor control
Los investigadores utilizaron la impresión 3D para crear electrodos porosos para baterías de flujo redox, lo que permitió un control preciso sobre su estructura y el flujo de fluidos.
“Con la impresión 3D, podemos diseñar la estructura interna de un electrodo de maneras que son difíciles de lograr con los métodos de fabricación convencionales”, afirmó van der Heijden. “Esto nos permite tener un control mucho mayor sobre cómo el líquido se mueve a través de la batería y llega a las superficies donde tienen lugar las reacciones de almacenamiento de energía”.
Una geometría que mejoró el rendimiento
Una innovación clave fue el uso de geometrías de superficie mínima triplemente periódica (TPMS, por sus siglas en inglés), formas tridimensionales complejas y repetitivas que pueden asemejarse a estructuras que se encuentran en la naturaleza. Los investigadores probaron varios diseños de TPMS y descubrieron que uno conocido como geometría de “diamante” era el que mejor funcionaba, aumentando el rendimiento en un 52%.
Posteriormente, utilizaron una impresora 3D de procesamiento digital de luz para producir las estructuras porosas, que fueron sometidas a un tratamiento térmico para formar electrodos de carbono conductores capaces de transportar electricidad. El equipo probó con éxito los electrodos en experimentos de laboratorio con celdas de flujo y en una batería de flujo redox de vanadio en funcionamiento, demostrando que los diseños impresos en 3D pueden funcionar en una batería operativa. Esta prueba de concepto podría allanar el camino para baterías de flujo redox más eficientes diseñadas para el almacenamiento de energía a gran escala.
Las futuras investigaciones se centrarán en aumentar la superficie de los electrodos, mejorar los métodos de fabricación y explorar herramientas de diseño avanzadas para crear estructuras de electrodos aún más eficaces.
Fuente: Tech Xplore.
