Fuente: ingeniería.columbia.edu
Las fuentes de energía renovables como el viento y la energía solar son críticas para mantener nuestro planeta, pero vienen con un gran desafío: no siempre generan energía cuando es necesario. Para aprovechar al máximo, necesitamos formas eficientes y asequibles de almacenar la energía que producen, por lo que tenemos energía incluso cuando el viento no sopla o el sol no brilla.
Los científicos de materiales de ingeniería de Columbia se han centrado en desarrollar nuevos tipos de baterías para transformar la forma en que almacenamos energía renovable. En un nuevo estudio publicado el 5 de septiembre por Nature Communications, el equipo utilizó baterías K-NA\/S que combinan elementos económicos y fáciles -- potasio (k) y sodio (NA), junto con azufre (s) --} para crear una solución de energía de alta energía para el almacenamiento de energía a largo plazo.
"Es importante que podamos extender el tiempo que estas baterías pueden operar, y que podamos fabricarlas de manera fácil y económica", dijo el líder del equipo, Yuan Yang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el Departamento de Física Aplicada y Matemáticas en Columbia Engineering. "Hacer que la energía renovable sea más confiable ayudará a estabilizar nuestras redes de energía, reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y apoyar un futuro energético más sostenible para todos nosotros".
El nuevo electrolito ayuda a las baterías de K-NA\/S a almacenar y liberar energía de manera más eficiente
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC) que necesitan un manejo térmico complejo, lo que aumenta el costo del proceso. Estudios anteriores han tenido problemas con precipitados sólidos y baja capacidad y la búsqueda ha sido una nueva técnica para mejorar este tipo de baterías.
Yang's Group desarrolló un nuevo electrolito, un disolvente de acetamida y ε-caprolactam, para ayudar a las baterías y liberar energía. Este electrolito puede disolver K2S2 y K2s, mejorando la densidad de energía y la densidad de potencia de las baterías K\/S de temperatura intermedia. Además, permite que la batería funcione a una temperatura mucho más baja (alrededor de 75 grados) que los diseños anteriores, al tiempo que logran casi la máxima capacidad de almacenamiento de energía.
"Nuestro enfoque logra las capacidades de descarga casi teóricas y la vida útil del ciclo extendido. Esto es muy emocionante en el campo de las baterías K\/S de temperatura intermedia", dijo el co-primero autor del estudio Zhenghao Yang, un estudiante de doctorado con Yang.
Vía hacia un energético sostenibley futuro
El grupo de Yang está afiliado al Centro de Energía Electroquímica de Columbia (CEEC), que adopta un enfoque multiescala para descubrir tecnología innovadora y acelerar la comercialización. CEEC se une a profesores e investigadores de toda la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas que estudian energía electroquímica con intereses que van desde electrones hasta dispositivos hasta sistemas. Sus asociaciones de la industria permiten la realización de avances en el almacenamiento y conversión de energía electroquímica.
Planeando escalar
Si bien el equipo se centra actualmente en pequeñas baterías del tamaño de una moneda, su objetivo es eventualmente ampliar esta tecnología para almacenar grandes cantidades de energía. Si tienen éxito, estas nuevas baterías podrían proporcionar una fuente de alimentación estable y confiable de fuentes renovables, incluso en tiempos de bajo sol o viento. El equipo ahora está trabajando para optimizar la composición de electrolitos.
