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Baterías de
Batería de Flujo Solar
Redacción
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Los químicos de la Universidad de Wisconsin-Madison y sus colaboradores han creado una batería de flujo solar altamente eficiente y duradera: una forma de generar, almacenar y reenviar electricidad renovable del sol en un solo dispositivo. El nuevo dispositivo está hecho de celdas solares de silicio combinadas con materiales solares avanzados integrados, con componentes químicos de diseño óptimo. La batería de flujo solar, fabricada por el laboratorio Song Jin en el departamento de química de UW-Madison, logró una nueva eficiencia récord del 20 por ciento. Eso supera a la mayoría de las celdas solares de silicio disponibles en el mercado que se usan hoy en día y es un 40 por ciento más eficiente que el poseedor del récord anterior para baterías de flujo solar, también desarrollado por el laboratorio Jin. Si bien las baterías de flujo solar están a años de comercialización, ofrecen el potencial de proporcionar generación y almacenamiento de electricidad confiable para iluminación, teléfonos celulares u otros usos fundamentales para hogares en áreas remotas. Combinan las ventajas de las celdas fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad con las ventajas de las baterías de flujo, que utilizan tanques de productos químicos que pueden reaccionar para producir electricidad y ser recargadas por las celdas solares. Dado que el Sol no siempre brilla, el almacenamiento es clave para la electricidad solar práctica, especialmente en regiones remotas y rurales con mucha luz solar, como en las regiones del cinturón solar de los EE. UU., Australia, Arabia Saudita y África. Muchos sistemas solares domésticos utilizan baterías de plomo-ácido o de iones de litio para el almacenamiento de electricidad. Las baterías de flujo, que utilizan grandes tanques de productos químicos líquidos para almacenar energía, podrían ser menos costosas a mayor escala y son una opción de almacenamiento ideal para fusionarse con las celdas solares. El laboratorio Jin lleva años estudiando y mejorando los sistemas integrados de baterías de flujo solar. En 2018, desarrolló una batería de flujo solar utilizando una triple capa de materiales solares eficientes pero caros, que lograron una eficiencia general del 14 por ciento. Sin embargo, la corrosión redujo en gran medida la vida útil del dispositivo. En su último informe, los investigadores recurrieron a un material cada vez más
popular para las celdas fotovoltaicas: perovskitas de haluro. La eficiencia de conversión solar de estos materiales especiales ha aumentado dramáticamente de un pequeño porcentaje a más del 25 por ciento en 10 años. Investigaciones recientes han demostrado que las perovskitas de haluro también pueden aumentar la eficiencia de las celdas solares de silicio tradicionales al capturar más energía del sol. Esta nueva generación de celdas solares de silicio perovskita altamente eficientes está en camino a la comercialización. Sin embargo, el silicio sigue siendo clave para hacer un dispositivo estable que pueda soportar los productos químicos en una batería de flujo. «Nuestra motivación para el diseño de la celda solar fue combinar estos dos materiales para que tengamos alta eficiencia y buena estabilidad», dice Li. Para predecir el voltaje ideal al que deberían funcionar las baterías de flujo, Li desarrolló un nuevo método de modelado teórico. El modelado le permitió seleccionar un par de productos químicos en la batería de flujo que funcionarían al voltaje ideal en función de las características de la celda solar, maximizando la eficiencia. Los productos químicos son compuestos orgánicos, no metales caros como en las baterías de flujo tradicionales, y se disuelven en una solución
benigna de agua de sal de mesa en lugar de ácidos fuertes. El profesor de química de la Universidad Estatal de Utah, T. Leo Liu, y sus estudiantes de posgrado proporcionaron los productos químicos clave. Gracias a una buena coincidencia entre la celda solar y la batería de flujo, el dispositivo ganador mantuvo una alta eficiencia durante cientos de horas y cientos de ciclos de carga y descarga, al tiempo que conservaba la mayor parte de su capacidad. Esa vida útil fue varias veces más larga que los dispositivos anteriores. En general, la larga vida útil del nuevo sistema y la eficiencia del 20 por ciento lo convirtieron en el mejor dispositivo de batería de flujo solar hasta la fecha. «Eso es 20 por ciento de eficiencia cada vez que lo desee», dice Jin. «Puede usar la electricidad solar de inmediato durante el día y obtener el 20 por ciento, o puede usarla en la noche del almacenamiento y obtener el 20 por ciento». Todavía hay mucha investigación por hacer antes de que tales dispositivos logren soluciones prácticas de energía renovable. Aumentar el tamaño y la escala de los pequeños dispositivos actuales en el laboratorio de investigación es un desafío. Y a pesar de que los investigadores crearon una batería relativamente duradera, las aplicaciones en el mundo real exigen una robustez aún mayor. El laboratorio Jin continúa desarrollando baterías de flujo solar aún más eficientes mientras experimenta con soluciones prácticas para reducir el costo de los dispositivos. Esa investigación podría algún día producir una nueva forma de cosechar, almacenar y usar la energía del sol. «Nuestro objetivo final, si podemos hacerlo práctico, es apuntar a los sistemas solares domésticos», dice Li. «Las personas que no tienen acceso a la red eléctrica podrían usar este dispositivo para tener electricidad confiable». Referencia: University Of Wisconsin -Madison (July, 2020). Solar Flow Battery: Single Device Generates, Stores and Redelivers Renewable Electricity From the Sun. Scitechdaily
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