Bateries que flueixen: aboqueu electrons per a mi.
Científics de l’Institut Fraunhofer d’Alemanya estan realitzant seriosos treballs de desenvolupament en el camp de les bateries elèctriques, alternatives a les clàssiques. Amb la tecnologia de flux redox, el procés d’emmagatzematge d’electricitat és realment radicalment diferent ...
Les bateries, carregades de líquid com a combustible, s’aboquen a un cotxe amb motor de gasolina o dièsel. Pot semblar utòpic, però per a Jens Noack de l’Institut Fraunhofer de Pfinztal, Alemanya, això és realment la vida quotidiana. Des del 2007, l’equip de desenvolupament en què participa ha desenvolupat aquesta forma exòtica de bateria recarregable en ple desenvolupament. De fet, la idea d’una bateria redox de flux o anomenada bateria redox no és difícil, i la primera patent en aquesta àrea es remunta al 1949. Cadascun dels dos espais cel·lulars, separats per una membrana (similar a les piles de combustible), està connectat a un dipòsit que conté un electròlit específic. A causa de la tendència de les substàncies a reaccionar químicament entre si, els protons es mouen d’un electròlit a un altre a través de la membrana i els electrons es dirigeixen a través d’un consumidor de corrent connectat a les dues parts, com a conseqüència del qual flueix un corrent elèctric. Al cap d’un temps determinat, dos dipòsits s’escorren i s’omplen d’electròlit nou i l’utilitzat es “recicla” a les estacions de càrrega.
Tot i que tot sembla genial, malauradament encara hi ha molts obstacles per a l'ús pràctic d'aquest tipus de bateries als cotxes. La densitat d'energia d'una bateria redox d'electròlit de vanadi està en el rang de només 30 Wh per quilogram, que és aproximadament la mateixa que la d'una bateria de plom àcid. Per emmagatzemar la mateixa quantitat d'energia que una moderna bateria d'ions de liti de 16 kWh, al nivell actual de tecnologia redox, la bateria necessitarà 500 litres d'electròlit. A més de tots els perifèrics, per descomptat, el volum dels quals també és bastant gran: una gàbia necessària per proporcionar una potència d'un quilowatt, com una caixa de cervesa.
Aquests paràmetres no són adequats per als automòbils, ja que la bateria de ions de liti emmagatzema quatre vegades més energia per quilogram. Tot i això, Jens Noack és optimista, perquè els desenvolupaments en aquesta àrea tot just comencen i les perspectives són prometedores. Al laboratori, les anomenades bateries de bromur de polisulfur de vanadi aconsegueixen una densitat d’energia de 70 Wh per quilogram i són de mida comparable a les bateries d’hidrurs metàl·lics de níquel que s’utilitzen actualment al Toyota Prius.
D’aquesta manera es redueix a la meitat el volum requerit de tancs. Gràcies a un sistema de càrrega relativament senzill i econòmic (dues bombes bomben electròlit nou, dues aspiren l’electròlit usat), el sistema es pot carregar en deu minuts per proporcionar un abast de 100 km. Fins i tot els sistemes de càrrega ràpida com l’utilitzat al Tesla Roadster duren sis vegades més.
En aquest cas, no és d'estranyar que moltes empreses d'automoció es recorren a la recerca de l'Institut, i l'estat de Baden-Württemberg va destinar 1,5 milions d'euros al desenvolupament. No obstant això, encara caldrà temps per arribar a la fase de tecnologia de l'automoció. "Aquest tipus de bateria pot funcionar molt bé amb sistemes d'alimentació estacionaris, i ja estem fent estacions experimentals per a la Bundeswehr. No obstant això, en l'àmbit dels vehicles elèctrics, aquesta tecnologia serà adequada per a la seva implementació d'aquí a uns deu anys", va dir Noak.
No es requereixen materials exòtics per a la producció de bateries redox de flux. No es requereixen catalitzadors cars com el platí que s’utilitza a les piles de combustible o polímers com les bateries de ions de liti. L’elevat cost dels sistemes de laboratori, que arriba als 2000 euros per quilowatt de potència, es deu únicament al fet que són únics i s’elaboren artesanalment.
Mentrestant, els especialistes de l'institut tenen previst construir el seu propi parc eòlic, on es durà a terme el procés de càrrega, és a dir, l'eliminació de l'electròlit. Amb el flux redox, aquest procés és més eficient que electrolitzar l'aigua en hidrogen i oxigen i utilitzar-los en piles de combustible: les bateries instantànies proporcionen el 75 per cent de l'electricitat que s'utilitza per carregar.
Podem imaginar estacions de recàrrega que, juntament amb la recàrrega convencional de vehicles elèctrics, serveixin com a amortidors contra la càrrega màxima del sistema d’energia. Avui, per exemple, molts aerogeneradors al nord d’Alemanya han d’estar apagats malgrat el vent, ja que d’una altra manera sobrecarregarien la xarxa.
Pel que fa a la seguretat, no hi ha perill. “Quan es barregen dos electròlits, es produeix un curtcircuit químic que desprèn calor i la temperatura puja a 80 graus, però no passa res més. Per descomptat, els líquids per si sols no són segurs, però tampoc la gasolina i el gasoil. Malgrat el potencial de les bateries redox de flux, els investigadors de l’Institut Fraunhofer també treballen intensament en el desenvolupament de tecnologia d’ions liti ...
text: Alexander Bloch
Bateria de flux Redox
Una bateria de flux redox és en realitat un encreuament entre una bateria convencional i una pila de combustible. L'electricitat flueix a causa de la interacció entre dos electròlits, un connectat al pol positiu de la cèl·lula i l'altre al negatiu. En aquest cas, un dóna ions carregats positivament (oxidació), i l'altre els rep (reducció), d'aquí el nom del dispositiu. Quan s'arriba a un cert nivell de saturació, la reacció s'atura i la càrrega consisteix a substituir els electròlits per uns de nous. Els treballadors es recuperen mitjançant el procés invers.
