Una de las grandes preguntas de la transición energética es sencilla aunque incómoda. Qué hacemos con toda la electricidad solar y eólica cuando no coincide con la demanda. Ahí es donde entran en juego las baterías de flujo y, en particular, un nuevo diseño de batería de zinc bromo desarrollado en China que promete más vida útil, más energía por litro y menos materiales caros y problemáticos.
Un equipo del Instituto de Física Química de Dalian, de la Academia China de Ciencias, ha diseñado una química de bromo que casi elimina la corrosión y al mismo tiempo aumenta la densidad de energía de las baterías de flujo de zinc bromo. El trabajo se ha probado en un sistema de 5 kW y se presenta como una posible alternativa para el almacenamiento estacionario de varias horas en redes con mucha energía renovable.
Baterías de flujo para un sistema eléctrico con más renovables
Las baterías de flujo almacenan la energía en líquidos que se guardan en tanques y se hacen circular por una pila electroquímica. En la práctica, esto permite separar la potencia de la energía. Si se necesitan más horas de almacenamiento, se amplían los depósitos sin tocar la parte eléctrica. Por eso se ven como una opción interesante para acompañar a los parques solares y eólicos, sobre todo cuando hablamos de entre cuatro y doce horas de almacenamiento continuo.
Las baterías de flujo de zinc bromo tienen varias ventajas evidentes. Usan zinc y bromo, elementos abundantes, trabajan en electrolitos acuosos y reducen el riesgo de incendios frente a muchas baterías de iones de litio. Sin embargo, arrastraban un problema que les frenaba el paso de laboratorio a la red eléctrica real.
   |
   |
El talón de Aquiles del bromo
En los sistemas convencionales, cuando la batería se carga el bromuro se oxida y se genera bromo elemental en grandes cantidades. Ese bromo libre es muy reactivo. Ataca electrodos, colectores de corriente y membranas, acorta la vida útil a unos pocos cientos de ciclos y obliga a recurrir a materiales caros y resistentes, como membranas fluoradas y componentes de titanio. Además, el propio bromo es corrosivo y volátil, de modo que también plantea retos ambientales si no se controla bien.
En el fondo, la tecnología tenía buena base pero pagaba un peaje químico muy alto. Mucho mantenimiento, mucho coste y demasiada incertidumbre para proyectos a gran escala.
La pequeña trampa química que cambia el juego
El equipo dirigido por el profesor Li Xianfeng ha optado por un giro aparentemente simple. Añadir al electrolito un compuesto que actúa como depurador de bromo y que reacciona de forma muy rápida con el bromo generado durante la carga. En el estudio se usa sulfamato sódico, que captura el bromo y forma una especie bromada más suave conocida como Br SANa.
Qué significa esto en la práctica para la batería. Por un lado, la concentración de bromo libre en la solución cae a un nivel ultrabajo de alrededor de siete milimoles por litro. Es decir, el bromo deja de circular libremente por el sistema y ya no corroe todo lo que toca. Por otro, la reacción deja de ser de un solo electrón y pasa a una transferencia de dos electrones entre Br menos y la especie Br más. Este cambio casi duplica la densidad energética teórica del catolito de bromo. En los ensayos se pasa de unos noventa vatios hora por litro a unos ciento cincuenta y dos.
El propio Li resume la idea como un nuevo enfoque para diseñar baterías de flujo de bromo de larga duración y sienta las bases para ampliar el uso de las baterías de flujo de zinc bromo en aplicaciones de red.
De la probeta a un sistema de 5 kW
La nueva química no se ha quedado en una celda de laboratorio. Los investigadores han ensamblado baterías completas usando una membrana de intercambio iónico económica y no fluorada, basada en SPEEK, y han comprobado que la corrosión prácticamente desaparece en membranas, electrodos y colectores de corriente.
En una prueba de ampliación con un sistema de unos 5 kW y 6,6 kWh, la batería funcionó a una densidad de corriente de cuarenta miliamperios por centímetro cuadrado durante más de setecientos ciclos, en torno a mil cuatrocientas horas de operación, con una eficiencia energética superior al setenta y ocho por ciento.
Si pensamos en un uso diario, esos setecientos ciclos se traducen en casi dos años de carga y descarga continua. No es un récord absoluto en el mundo de las baterías, pero sí un salto importante para una tecnología que antes se degradaba en pocas decenas de ciclos en condiciones similares.
Además, al reducir de forma drástica la corrosión, el sistema puede prescindir de partes metálicas tan exóticas y apoyarse en materiales más corrientes y baratos. Estimaciones del propio equipo apuntan a que el coste total del sistema podría bajar en más de un treinta por ciento frente a diseños anteriores de zinc bromo, algo clave cuando se compite con soluciones de iones de litio que ya están muy industrializadas.
Qué puede significar para las renovables y para la factura de la luz
Todo esto llega en un momento en el que las redes eléctricas, también las europeas, necesitan almacenamiento flexible para encajar más eólica y más fotovoltaica sin disparar el uso de gas cuando cae el sol o se para el viento. Un sistema de baterías seguro, basado en agua, escalable y con componentes más baratos permitiría guardar excedentes solares del mediodía y devolverlos por la noche. En buena parte, eso ayudaría a contener picos de precio y emisiones de CO₂.
El reloj corre más deprisa que la política y que la innovación industrial, pero avances como este muestran que el campo de las baterías aún tiene mucho margen para reducir costes y mejorar la sostenibilidad de la cadena completa más allá del litio. Ahora el siguiente paso será llevar esta química a proyectos piloto de mayor tamaño y comprobar cómo se comporta conectada a una red real con renovables variables.
El estudio completo se ha publicado en la revista Nature Energy.
