La celda de flujo redox almacena energía renovable como hidrógeno

“El hidrógeno es un muy buen portador para este tipo de trabajo”, dice Wei Wang, quien es el científico jefe de investigación de almacenamiento de energía estacionaria en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Washington. Es un portador de energía eficiente y puede almacenarse fácilmente en tanques presurizados. Cuando sea necesario, el gas puede volver a convertirse en energía eléctrica a través de una celda de combustible y alimentarse a la red.

Pero los electrolizadores de agua son caros. Trabajan en condiciones ácidas que requieren placas metálicas resistentes a la corrosión y catalizadores hechos de metales preciosos como titanio, platino e iridio. “Además, el electrodo de oxígeno no es muy eficiente”, dice Kathy Ayers, vicepresidente de I + D en Nel Hydrogen, una empresa con sede en Oslo que se especializa en la producción y almacenamiento de hidrógeno. “Pierdes aproximadamente 0,3 voltios solo por el hecho de que estás tratando de convertir el agua en oxígeno o viceversa”, dice ella. La división de una molécula de agua requiere 1,23 V de energía.

En un intento por superar este problema, Nel Hydrogen y el equipo de Wang en Pacific Northwest unieron fuerzas en 2016, después de recibir fondos del Departamento de Energía de EE. UU. Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía. La solución que se les ocurrió es una celda de combustible que actúa como batería y generador de hidrógeno.

“Lo llamamos una celda de flujo redox porque es un híbrido entre una batería de flujo redox y un electrolizador de agua”, explica Wang.

UN batería de flujo redox, en esencia una pila de combustible reversible, típicamente está compuesta de un electrolito positivo y negativo almacenado en dos tanques separados. Cuando los líquidos se bombean a la pila de celdas de la batería situada entre los tanques, se produce una reacción redox y genera electricidad en los electrodos de la batería.

En comparación, la nueva invención tiene solo un electrolito, compuesto por una sal de hierro (en lugar del vanadio más comúnmente usado) disuelto en ácido. Cuando los iones de hidrógeno reaccionan con la sal de hierro (Fe2+), se produce gas hidrógeno en el cátodo de carbono recubierto de platino en la pila de baterías.

“Introducimos el hierro como intermediario, por lo que podemos separar la electrólisis en dos reacciones”, dice Wang. Hacerlo le permite a uno controlar dónde y cuándo invertir la reacción para producir energía eléctrica para suministrar a la red. “El sistema le brinda flexibilidad … podría hacer la regeneración durante el tiempo de la tarde cuando los precios de la electricidad están en su punto máximo”, dice.

Fe regeneradora2+ En la reacción inversa también permite la producción continua de gas hidrógeno, dice. “Y debido a que la celda de hidrógeno-hierro usa aproximadamente la mitad del voltaje de un electrolizador tradicional, puede generar hidrógeno a un costo mucho más económico si hace todo bien”.

También ayuda que el hierro sea mucho más barato y más abundante en comparación con el vanadio.

Qing Wang, un científico de materiales en la Universidad Nacional de Singapur, ve otro beneficio. “Si te importa más la pureza y quieres tener hidrógeno ultra puro, entonces tal vez sea una buena solución”, dice. La contaminación cruzada a veces puede ocurrir durante la electrólisis porque los gases de hidrógeno y oxígeno producidos son tan pequeños que pueden atravesar el separador de membrana.

La nueva celda de flujo redox funcionó bien en pruebas de laboratorio, exhibiendo una capacidad de carga de hasta un amperio por centímetro cuadrado, un aumento de diez veces sobre las baterías de flujo normal. También fue capaz de soportar “varios cientos de ciclos” de carga, lo que nunca antes se había demostrado en las baterías de flujo de iones de hidrógeno, dice Wang, quien tiene varias patentes para la invención, con algunas más pendientes.

Mientras que el equipo de PNNL experimentó en una sola celda que medía 10 centímetros cuadrados, Ayers y sus colegas de Nel Hydrogen demostraron que la tecnología podía funcionar incluso cuando se escalaba a una pila de cinco celdas que medía 100 centímetros cuadrados. Planean pasar los próximos meses afinando el sistema y eliminando torceduras, como la forma de minimizar el daño a las bombas causado por el electrolito ácido, antes de comercializarlo.

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