Las baterías de flujo redox basadas en electrolito orgánico en las que trabaja CIC energiGUNE representarán una alternativa económicamente viable para el almacenamiento de energía estacionario a gran escala y la integración de energías renovables.

Aspecto clave dada la situación de degradación del medio ambiente que amenaza a Europa y al resto del mundo.

Para combatirlo, la Unión Europea ha creado el Pacto Verde Europeo; nuestra hoja de ruta para dotar a Europa de una economía sostenible que aspira a ser climáticamente neutra en 2050.

Alcanzar esa necesaria transición energética requiere apostar por el actual despliegue de las energías renovables unido a sistemas de almacenamiento de energía en baterías.

Sin embargo, para que éstas sean realmente útiles en aplicaciones estacionarias deben cumplir con los requisitos de alta ciclabilidad, elevada eficiencia, rápida respuesta y bajo coste. Por ello, se han establecido unos objetivos claros en el Plan SET, para el almacenamiento de energía estacionaria en términos de coste (0,05 euros kW/h/ciclo) y durabilidad (10.000 ciclos y 20 años de vida) para el año 2030.

¿Por qué las baterías de flujo redox son especialmente interesantes para aplicaciones estacionarias?

Aspectos diferenciales de las baterías de flujo redox

Las baterías de flujo redox (“red” de reducción y “ox” de oxidación de electrones o liberación) con electrolito de vanadio funcionan haciendo circular un electrolito líquido bombeado desde unos tanques hacia un stack de celdas electroquímicas con una membrana que separa ánodo y cátodo. Las reacciones de oxidación y reducción en los electrodos generan una diferencia de potencial entre las disoluciones a cada lado de la membraba que permiten almacenar energía.

Esquema de un sistema de batería de flujo de vanadio.

Esta configuración particular de las baterías de flujo, además de cumplir con los requerimientos del Plan SET, permite desacoplar energía y potencia y adecuarla perfectamente a la capacidad requerida, evitando así el sobredimensionamiento que se requiere con otras baterías cuando se requieren largas descargas y largos tiempos de almacenamiento.

De hecho, son actualmente ampliamente reconocidas como sistema de almacenamiento de energía de larga duración para aplicaciones estacionarias y particularmente interesantes para la integración de energías renovables. Destacan, además, por ser más seguras y porque prácticamente no se degradan con el paso del tiempo.

Sin embargo, cuando se emplea un electrolito basado en vanadio, estas baterías presentan algunos retos que aún requieren investigación. La densidad energética, por ejemplo, queda penalizada debido al bajo límite de concentración de esta especie en el electrolito haciendo que los sistemas sean voluminosos. Adicionalmente, la ventana de temperatura del electrolito -normalmente entre 5 y 35ºC-, requiere ser ampliada. Y, por último, el precio del vanadio en la actualidad se encuentra disparado por la nueva regulación en China.

Sin embargo, el interés por las baterías de flujo se ha revitalizado gracias a la investigación de nuevos materiales que vencen estas limitaciones.

Investigación en electrolitos orgánicos

En los últimos años, se está trabajando en el desarrollo de electrolitos alternativos que presenten una alta solubilidad de las especies activas, una elevada diferencia de potencial (superior a 1 V) y una elevada conductividad (mayor cuando el disolvente que se emplea es acuoso).

Las baterías de flujo redox basadas en electrolito orgánico acuoso han demostrado un comportamiento estable y, dado su bajo coste y alta sostenibilidad son ahora el candidato perfecto para la nueva generación de baterías de flujo menos agresivas con el medio ambiente.

Al trabajar en un medio acuoso cercano a la neutralidad no se requiere el uso de materiales constructivos caros resistentes a medios agresivos y se facilita el reciclaje y fin de vida de las baterías.

Hace más de 5 años que CIC energiGUNE inició su actividad en el campo de la tecnología de flujo redox para el desarrollo de electrolitos en base orgánica acuosa. Las primeras investigaciones culminaron con la publicación de la patente WO 2015/048550 sobre “Compuestos electrolíticos orgánicos para baterías de flujo redox”.

La investigación que se lleva a cabo en la línea de electrolitos basados en polímeros para desarrollar el electrolito orgánico, se centra en el estudio tanto de la especie orgánica activa como de la matriz de disolvente que permita los mejores valores de conductividad iónica. El coste de la solución promete estar en los valores exigidos por el SET Plan y el uso de matrices de disolvente acuosas con determinadas sales favorece la mejora de las prestaciones, permite aumentar la ventana de potencial y al operar a pH neutro reduciendo considerablemente el riesgo y mejorando la seguridad de la batería.

Parte de esta investigación se está llevando a cabo en el marco del proyecto europeo HIGREEW, que lidera CIC energiGUNE con el objetivo de desarrollar un nuevo electrolito orgánico en base acuosa de bajo coste.

El consorcio formado por otras 9 entidades referentes en materiales, sistemas de almacenamiento y energías renovables entre los que se encuentran Gamesa Electric, Universidad Autónoma de Madrid o Uniresearch, trabajan junto con CIC energiGUNE en desarrollar los materiales clave para dotar a las baterías de flujo redox de las mejores prestaciones técnicas, alargar su vida útil y facilitar su reciclaje.

Una solución que nos acerca más a la realidad de un futuro verde donde las energías renovables sean protagonistas de la descarbonización total de la economía europea.