El almacenamiento de energía en el hogar está recibiendo un cambio de imagen de la batería de flujo

Aug 02, 2023

Ahí van de nuevo: Georgia prepara una nueva batería de flujo para el candente mercado de almacenamiento de energía en el hogar.

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El costo del almacenamiento de energía en el hogar sigue bajando, y las baterías de iones de litio dominan el mercado. Si la tendencia continúa, no pasará mucho tiempo antes de que los paquetes de baterías para toda la casa sean tan comunes como los refrigeradores y otros electrodomésticos imprescindibles. Eso también podría incluir nueva tecnología de batería de flujo. Una vez limitadas a usos a gran escala, las baterías de flujo están disminuyendo tanto en tamaño como en costo.

La principal universidad pública de Georgia, el Instituto de Tecnología de Georgia, prepara una nueva batería de flujo compacto para el mercado de almacenamiento de energía en el hogar al rojo vivo. Foto cortesía de Georgia Tech.

En igualdad de condiciones, cualquier reducción en el precio de las baterías se reflejará en el costo de un sistema de almacenamiento de energía en el hogar. Ese "todo lo demás" se refiere a la mano de obra y otros elementos del equilibrio del sistema que se incluyen en el costo total instalado de una batería para toda la casa.

Las partes interesadas en iones de litio ciertamente han hecho su parte para reducir los costos. En enero pasado, Bloomberg señaló que el costo de las baterías de iones de litio se redujo un 80 % por kilovatio-hora entre 2013 y 2021.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de EE. UU. inspeccionó el panorama en 2021 y atribuyó a la caída del costo de las baterías de iones de litio la continuación de la reducción del costo instalado de los sistemas de almacenamiento de energía en el hogar, a pesar de un ligero repunte en el balance de costos del sistema.

NREL señala que predecir las tendencias futuras de costos es un ejercicio difícil. Sin embargo, el año pasado, NREL analizó los números y presentó una continuación de la espiral descendente para el almacenamiento de energía en el hogar con iones de litio, incluso en un escenario conservador.

Las baterías de flujo son nuevas en la escena del almacenamiento de energía en el hogar, aunque la tecnología existe desde el siglo XX. Los esquemas básicos son simples. Tomas dos tanques de fluidos complementarios y abres los grifos. Los fluidos interactúan y despliegan su química especial para generar una carga eléctrica, bajo la atenta mirada de una membrana chaperona. Los investigadores también han estado trabajando en baterías de flujo sin membrana, pero eso está en algún lugar del futuro (nuestra cobertura completa está aquí).

En comparación con las baterías de iones de litio convencionales, las baterías de flujo tienen varias ventajas clave. "Las baterías de flujo se pueden recargar sin degradarse como lo hacen las baterías convencionales. También pueden proporcionar almacenamiento de energía durante largos períodos de tiempo, porque los dos líquidos se pueden almacenar indefinidamente en sus propios tanques hasta que alguien necesite electricidad", señaló CleanTechnica en 2020.

El factor seguridad también entra en juego. Dependiendo de la química particular de la batería de flujo, los fluidos pueden desplegar materiales no tóxicos, abundantes en la tierra y no inflamables. Eso atrajo la atención del Departamento de Defensa de EE. UU., que eligió a Lockheed Martin para instalar una batería de flujo en Fort Carson en Colorado.

Las partes interesadas en los vehículos eléctricos también han estado observando la tecnología de batería de flujo para mejorar la seguridad y el rendimiento.

No ha surgido mucho de la idea del vehículo eléctrico de batería de flujo, en parte porque la tecnología es más adecuada para escenarios a escala de servicios públicos y otros usos de gran tamaño, hasta hace poco, eso es. Aproximadamente una década de trabajo de I+D ha reducido considerablemente el tamaño de las baterías de flujo.

Las baterías de flujo a escala para uso residencial ya están en el mercado. El punto de fricción ahora es la etiqueta de precio. El costo de las baterías de flujo y las baterías de iones de litio para uso en toda la casa actualmente está a la par con el costo de agregar un nuevo sistema HVAC, si no más. Ese costo inicial puede ponerlos fuera del alcance de muchos propietarios de viviendas, independientemente de los ahorros en las facturas de servicios públicos a largo plazo.

El mercado solar en línea Energy Sage proporciona una herramienta de búsqueda de código postal fácil de usar para estimar el costo de un sistema de almacenamiento de energía para toda la casa con energía solar en la azotea. No es barato.

En términos de salvar al planeta de un cambio climático catastrófico, una fuerte caída en el costo del almacenamiento de energía en el hogar permitiría que más propietarios de viviendas apoyen la aceleración del desarrollo eólico y solar.

Ahí es donde entra en juego la nueva batería de flujo del Instituto de Tecnología de Georgia. Un equipo de investigación con sede en el laboratorio de Georgia Tech del profesor asistente Nian Liu ha estado trabajando en una nueva configuración que reduce el tamaño de una celda de batería de flujo en un impresionante 75 %, junto con la correspondiente reducción de costes.

El equipo logró la marca del 75 % al deshacerse del voluminoso diseño de celda planar de décadas de antigüedad al que respondieron las generaciones anteriores de ingenieros de baterías de flujo.

"... las baterías de flujo comerciales todavía se basan en configuraciones de celdas desarrolladas hace décadas. La configuración plana exhibe un tamaño de celda grande con componentes voluminosos para un alto rendimiento, lo que da como resultado una baja densidad de potencia volumétrica, una gran huella y un costo de capital", explicó el equipo anteriormente. año, a modo de informe de los resultados de su trabajo en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

En lugar de utilizar la configuración plana, el equipo de Georgia Tech se centró en una nueva arquitectura que involucra haces de tubos a escala nanométrica. La configuración del tubo se usa comúnmente en procesos de separación química bajo el nombre de membrana microtubular agrupada submilimétrica (SBMT).

"Esta innovación tiene un diseño que ahorra espacio y puede mitigar la presión a través de las membranas por las que pasan los iones sin necesidad de una infraestructura de soporte adicional", explica el sitio web de Georgia Tech.

Puede obtener todos los detalles de PNAS bajo el título "Una celda de batería de flujo microtubular agrupada submilimétricamente con densidad de potencia volumétrica ultraalta", en la que los autores explican que demostraron su nuevo diseño de celda SBMT utilizando química de yoduro de zinc.

"[N]uestra celda SBMT muestra densidades de potencia máximas de carga y descarga de 1322 W/Lcell y 306,1 W/Lcell, respectivamente, en comparación con densidades de potencia de carga y descarga promedio de <60 W/Lcell y 45 W/Lcell, respectivamente, de celdas de batería de flujo planar convencionales", informó el equipo, con W/L refiriéndose a la densidad de potencia volumétrica de la celda de flujo.

El equipo también demostró que su nueva celda es compatible con otras químicas de baterías de flujo, incluidas las de bromuro de zinc, bromuro de quinona y vanadio.

Los próximos pasos incluyen cambiar a un proceso automatizado para fabricar el módulo de fibra hueca con miras a las pruebas en la microrred interna de 1,4 megavatios de Georgia Tech, y en adelante a la comercialización.

Si todo sale según lo planeado, la nueva batería de flujo y otras tecnologías de almacenamiento de energía en el hogar estarán en el radar del brazo del Centro de Energía, Política e Innovación del Instituto de Energía Estratégica en Georgia Tech. A EPICenter se le ha encomendado la tarea de liderar una iniciativa financiada por el Departamento de Energía para desarrollar Georgia Energyshed, que servirá como una herramienta de planificación para los recursos de energía distribuida. Eso incluye el almacenamiento de energía, así como la generación y distribución.

La idea es aplicar el modelo de cuenca para los recursos hídricos y desarrollar un enfoque moderno para la electrificación que evite las centrales eléctricas centralizadas en favor de soluciones que brinden beneficios a la comunidad.

El proyecto Energyshed está en buenas manos, ya que Georgia Tech pasa a ser una de las universidades públicas mejor calificadas de la nación. Además, el Departamento de Desarrollo Económico de Georgia ha estado muy ocupado promoviendo al estado como un centro para la innovación en electrificación.

A pesar de las quejas anti-ESG de algunos funcionarios públicos destacados, Georgia continúa dedicando recursos públicos considerables para impulsar la descarbonización, con implicaciones a nivel nacional, así como beneficios económicos para el estado de origen. ¿Sabe una mano lo que hace la otra? ¡Quién sabe! Si tiene alguna idea al respecto, envíenos una nota en el hilo de comentarios.

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Foto: Una nueva celda de batería de flujo en desarrollo, cortesía del Instituto de Tecnología de Georgia.

Tina se especializa en sustentabilidad militar y corporativa, tecnología avanzada, materiales emergentes, biocombustibles y problemas de agua y aguas residuales. Las opiniones expresadas son propias. Síguela en Twitter @TinaMCasey y Spoutible.

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