Batería de flujo inspirada en las vitaminas. Imagen: K. Lin. Fuente: Harvard.
Investigadores de Harvard (EE.UU.) han identificado una nueva clase de moléculas orgánicas de alto rendimiento, inspiradas por la vitamina B2, que pueden almacenar de forma segura la electricidad procedente de fuentes de energía intermitentes, como la energía solar y eólica, en grandes baterías.
El desarrollo se basa en trabajos anteriores en los que el equipo desarrolló una batería de flujo de alta capacidad que almacena energía en moléculas orgánicas llamadas quinonas y un aditivo alimenticio llamado ferrocianuro. Ese avance fue un cambio de paradigma, produciendo los primeros químicos de alto rendimiento no inflamables, no tóxicos, no corrosivos, y de bajo coste, que podrían permitir el almacenamiento de electricidad barato a gran escala.
Aunque las versátiles quinonas son muy prometedoras para las baterías de flujo, los investigadores de Harvard siguieron explorando otras moléculas orgánicas buscando un rendimiento aún mejor. Pero encontrar esa misma versatilidad en otros sistemas orgánicos ha sido un desafío.
Un antes y un después
"Ahora, después de considerar aproximadamente un millón de quinonas diferentes, hemos desarrollado una nueva clase de material de electrolito de batería que amplía las posibilidades de lo que podemos hacer", afirma Kaixiang Lin, estudiante en la Universidad de Harvard y primer autor del artículo.
"Se sintetiza de forma sencilla, por lo que debería fabricarse a gran escala a un coste muy bajo, lo cual es un objetivo importante de este proyecto". La nueva investigación se ha publicado en la revista Nature Energy, informa Harvard en su web.
Las baterías de flujo almacenan la energía en soluciones en tanques externos: cuantos más grandes los tanques, más energía almacenan. En 2014, investigadores de Harvard reemplazaron iones metálicos utilizados como materiales de electrolito de baterías convencionales en electrolitos ácidos con quinonas, moléculas que almacenan energía en plantas y animales. En 2015, desarrollaron una quinona que podría trabajar en soluciones alcalinas junto con un aditivo alimentario común.
El desarrollo se basa en trabajos anteriores en los que el equipo desarrolló una batería de flujo de alta capacidad que almacena energía en moléculas orgánicas llamadas quinonas y un aditivo alimenticio llamado ferrocianuro. Ese avance fue un cambio de paradigma, produciendo los primeros químicos de alto rendimiento no inflamables, no tóxicos, no corrosivos, y de bajo coste, que podrían permitir el almacenamiento de electricidad barato a gran escala.
Aunque las versátiles quinonas son muy prometedoras para las baterías de flujo, los investigadores de Harvard siguieron explorando otras moléculas orgánicas buscando un rendimiento aún mejor. Pero encontrar esa misma versatilidad en otros sistemas orgánicos ha sido un desafío.
Un antes y un después
"Ahora, después de considerar aproximadamente un millón de quinonas diferentes, hemos desarrollado una nueva clase de material de electrolito de batería que amplía las posibilidades de lo que podemos hacer", afirma Kaixiang Lin, estudiante en la Universidad de Harvard y primer autor del artículo.
"Se sintetiza de forma sencilla, por lo que debería fabricarse a gran escala a un coste muy bajo, lo cual es un objetivo importante de este proyecto". La nueva investigación se ha publicado en la revista Nature Energy, informa Harvard en su web.
Las baterías de flujo almacenan la energía en soluciones en tanques externos: cuantos más grandes los tanques, más energía almacenan. En 2014, investigadores de Harvard reemplazaron iones metálicos utilizados como materiales de electrolito de baterías convencionales en electrolitos ácidos con quinonas, moléculas que almacenan energía en plantas y animales. En 2015, desarrollaron una quinona que podría trabajar en soluciones alcalinas junto con un aditivo alimentario común.
La fuente de inspiración
En esta reciente investigación, el equipo encontró la inspiración en la vitamina B2, que ayuda a almacenar energía de los alimentos en el cuerpo.
La diferencia clave entre la B2 y las quinonas es que son átomos de nitrógeno, en lugar de átomos de oxígeno, los que están implicados en la recogida y desprendimiento de electrones.
"Con sólo un par de retoques a la molécula B2 original, este nuevo grupo de moléculas se convierte en un buen candidato para las baterías alcalinas de flujo", dice Aziz. "Tienen una gran estabilidad y solubilidad y proporcionan alto voltaje y capacidad de almacenamiento a la batería. Debido a que las vitaminas son muy fáciles de hacer, esta molécula podría ser fabricada a gran escala a un coste muy bajo".
"Hemos diseñado estas moléculas para adaptarse a las necesidades de nuestra batería, pero en realidad fue la naturaleza la que dio la pista de esta forma de almacenar energía", dice Gordon, co-autor principal del artículo. "La naturaleza presentó moléculas similares que son muy importantes para el almacenamiento de energía en nuestros cuerpos."
El equipo continuará explorando las quinonas, así como este nuevo universo de moléculas, en la búsqueda de una batería de flujo de alto rendimiento, de larga duración y de bajo coste.
En esta reciente investigación, el equipo encontró la inspiración en la vitamina B2, que ayuda a almacenar energía de los alimentos en el cuerpo.
La diferencia clave entre la B2 y las quinonas es que son átomos de nitrógeno, en lugar de átomos de oxígeno, los que están implicados en la recogida y desprendimiento de electrones.
"Con sólo un par de retoques a la molécula B2 original, este nuevo grupo de moléculas se convierte en un buen candidato para las baterías alcalinas de flujo", dice Aziz. "Tienen una gran estabilidad y solubilidad y proporcionan alto voltaje y capacidad de almacenamiento a la batería. Debido a que las vitaminas son muy fáciles de hacer, esta molécula podría ser fabricada a gran escala a un coste muy bajo".
"Hemos diseñado estas moléculas para adaptarse a las necesidades de nuestra batería, pero en realidad fue la naturaleza la que dio la pista de esta forma de almacenar energía", dice Gordon, co-autor principal del artículo. "La naturaleza presentó moléculas similares que son muy importantes para el almacenamiento de energía en nuestros cuerpos."
El equipo continuará explorando las quinonas, así como este nuevo universo de moléculas, en la búsqueda de una batería de flujo de alto rendimiento, de larga duración y de bajo coste.
Referencia bibliográfica:
Kaixiang Lin, Rafael Gómez-Bombarelli, Eugene S. Beh, Liuchuan Tong, Qing Chen, Alvaro Valle, Alán Aspuru-Guzik, Michael J. Aziz, Roy G. Gordon: A redox-flow battery with an alloxazine-based organic electrolyte. Nature Energy (2016). DOI: 10.1038/nenergy.2016.102
Kaixiang Lin, Rafael Gómez-Bombarelli, Eugene S. Beh, Liuchuan Tong, Qing Chen, Alvaro Valle, Alán Aspuru-Guzik, Michael J. Aziz, Roy G. Gordon: A redox-flow battery with an alloxazine-based organic electrolyte. Nature Energy (2016). DOI: 10.1038/nenergy.2016.102