Batería de flujo basada en manganeso

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Las baterías de flujo presentan una alternativa atractiva a las de iones de litio, ya que ofrecen una vida útil más prolongada y una menor degradación. Dado que las baterías no son adecuadas para vehículos eléctricos o productos electrónicos de consumo, el segmento de mercado es mucho más pequeño que el de iones de litio. Sin embargo, las baterías de flujo están ganando cuotas de mercado en proyectos de almacenamiento estacionario diseñados para respaldar las redes regionales y aumentar el consumo de energía generada por fuentes renovables.

Hasta la fecha, la mayoría de estos proyectos se han basado en baterías de flujo de vanadio o zinc-bromo. Sin embargo, existe una gran cantidad de otros materiales con el potencial de ser utilizados en baterías de flujo, y los científicos están trabajando para reducir aquellos que ofrecen el mejor potencial para obtener el mayor rendimiento, el menor costo y el menor daño ambiental.

El manganeso es un elemento relativamente barato y abundante y podría desempeñar un papel cada vez mayor en las baterías de iones de litio en medio de las crecientes preocupaciones sobre la cadena de suministro y la toxicidad del cobalto y el níquel. Un grupo de científicos dirigido por la Universidad de Friburgo de Alemania decidió investigar el manganeso para las baterías de flujo, logrando algunos resultados interesantes.

El grupo fabricó baterías de flujo totalmente de manganeso en una variedad de configuraciones con diferentes materiales de electrodos, solventes y membranas. El mejor de ellos demostró una densidad de energía de 74 Wh por litro y un voltaje de celda de 2,59 V. «Aunque se necesitan más optimizaciones», afirma el grupo, «este sistema representa una configuración nueva y prometedora hacia el almacenamiento de energía sostenible».

Las baterías se describen en el estudio «Investigations toward a Non-aqueous Hybrid Redox-Flow Battery with a Manganese-based Anolyte and Catholyte», publicado en Advanced Energy Materials. El grupo señala que su «primer intento» con manganeso ya supera la densidad energética de las baterías comerciales de flujo redox de vanadio, que cuentan con varias décadas de investigación a sus espaldas.

El rendimiento prometedor viene con varias advertencias. Al observar las baterías, el grupo notó problemas que incluían un alto potencial de deposición de manganeso, lixiviación hacia el electrodo negativo, pérdida de capacidad y baja eficiencia energética, así como lo que describen como deposición «similar a una coliflor», lo que lleva a la formación de una película de manganeso inestable. También señalan que la resistencia específica del área de la batería debería reducirse drásticamente para desarrollar una batería comercialmente viable.

Con una mayor investigación sobre diferentes combinaciones de materiales, aditivos y pretratamiento, el grupo prevé que se superen la mayoría de estos desafíos y afirma que el rendimiento debería mejorar con el ajuste de varios parámetros en el diseño de la batería.

«En comparación con el sistema de batería de flujo redox de vanadio de referencia, la batería de flujo completamente de manganeso tiene una densidad de energía más alta y se basa en el elemento barato y abundante manganeso», concluyen los investigadores. «Además, todavía hay mucho margen de mejora, lo que hace que el dispositivo presentado en este trabajo sea un campo interesante para futuras investigaciones».

 

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