Desarrollan en la FQ, prototipos de baterías de flujo para almacenamiento de energía eléctrica

Tres grupos de la Facultad colaboran en este proyecto multidisciplinario

Tres grupos de investigación de la Facultad de Química de la UNAM trabajan en un proyecto multidisciplinario que busca generar dispositivos para almacenar energía eléctrica, entre ellas las baterías de flujo, para aprovechar las energías renovables como la solar o la eólica, las cuales posteriormente podrían suministrar a la red eléctrica del país.

Este proyecto es liderado por el Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL), bajo la coordinacion de Joep Pijpers, en donde colaboran diversas instituciones educativas. 

En este proyecto multidisciplinario participan los grupos de investigación de Carlos Amador Bedolla, Director de esta entidad y quien está adscrito al Departamento de Física y Química Teórica; el de Sergio Rozenel Domenella, de Fisicoquímica, y el de Víctor Manuel Ugalde Saldívar, de Química Inorgánica y Nuclear. 

La investigación que se lleva a cabo en la FQ busca desarrollar los electrolitos orgánicos adecuados para su uso en una batería de flujo, la cual se empleará para almacenar energía eléctrica y aprovechar las energías renovables, comentó en entrevista Ugalde Saldívar, integrante de uno de estos equipos de trabajo. 

Ugalde Saldívar indicó que en el equipo de Carlos Amador realizan la estimación teórica de posibles compuestos útiles, a través del diseño en computadora, y una vez establecidos los candidatos con características fisicoquímicas óptimas, en el grupo de Sergio Rozenel se encargan de su síntesis y caracterización; luego, en el laboratorio de Víctor Ugalde se hacen las pruebas electroquímicas para determinar si pueden ser operativos para su empleo en baterías de flujo redox orgánicas. 

Una de las metas planteadas por los académicos en su primer año de trabajo fue reproducir otras investigaciones, en donde utilizaron antraquinonas funcionalizadas, particularmente el ácido antraflávico (2,6-dihidroxiantraquinona) en medio alcalino, el cual es uno de los componentes empleados para almacenar o generar electricidad, apuntó. 

Posteriormente, este grupo de investigación realizó un trabajo de exploración con bipiridinas, una variante de los metil viológenos, las cuales son capaces de aceptar electrones y después retornarlos, “esto hace que se reduzcan y se oxiden en varios ciclos, para asegurar la vida de la batería en periodos largos de tiempo”. 

Así, en este primer periodo se concretó un estudio en donde llevaron a cabo estudios teóricos de 156 derivados de la bipiridina; de ese conjunto de moléculas se seleccionaron compuestos con las propiedades adecuadas y de éstas se han logrado sintetizar tres; de las demás queda pendiente su síntesis y las pruebas electroquímicas para evaluar su posible empleo. 

A raíz de la obtención de los tres compuestos, los universitarios llegaron a un sustituyente que no se ha trabajado en la literatura, el cual es un derivado de la bipiridina: los diquats, “de estos componentes ya se efectuaron algunas pruebas con una pila de flujo y aguantó cerca de 500 ciclos de carga y descarga, con una eficiencia superior al 98 por ciento”, dijo Víctor Ugalde. 

Parte de los esfuerzos de la etapa final del primer año, agregó el académico, fue rediseñar un sistema teórico para predecir las solubilidades de los compuestos orgánicos en agua y garantizar que ésta fuera la óptima. 

En este sentido, agregó que se encontraron parámetros interesantes y se van a transferir las recomendaciones al grupo de síntesis para observar si se pueden incorporar grupos que garantizan una solubilidad adecuada: “Si se obtienen buenos resultados nos va a beneficiar, porque se podrá trabajar con volúmenes más pequeños, hacer pruebas de manera más eficiente y determinar qué sustancias son las que tienen las mejores características para la etapa ya realizada, que es la prueba en una pila. Una vez que pase la prueba, se va a la batería”.

Para los investigadores de la FQ la siguiente etapa sería comenzar con el escalamiento, explicó Ugalde Saldívar: “Ya vimos que en pequeño funciona. La idea es poner un batería, es decir, colocar varias pilas en serie, que tenga 10 celdas. Una pila de las que estamos trabajando da 1.2 volts, aproximadamente. Queremos hacer un ensamble con esa sustancia para hacerlo en un prototipo con mayor capacidad de almacenamiento y verificar cómo opera en esas condiciones”. 

Los prototipos de baterías comerciales utilizan metales como el vanadio, que son escasos y tienen un precio elevado en el mercado. La ventaja con el prototipo es que se está pensando en materiales orgánicos: “En el proyecto tenemos como objetivo sustituir los electrolitos actuales para disminuir el costo de las baterías y que sean más atractivas para su implementación en campo”, sostuvo. 

La batería de flujo, explicó Víctor Ugalde, contiene dos electrolitos: uno se reduce y otro se oxida, mientras esto ocurra y se tenga material suficiente se conseguirá energía; en cambio, cuando ambos se transforman completamente, esto ya no se conseguirá. 

“Es en ese momento que se conecta la batería a los paneles solares, se le suministra energía eléctrica y se le hace fluir hasta que recupere su condición inicial, es decir, queda cargada, lista para generar o inyectar a la red pública la energía que se almacenó”, refirió Ugalde Saldívar.

Para el segundo año de trabajo, los universitarios tienen contemplado hacer medios que utilicen agua como disolvente: “Queremos hacerlo en agua, es muy importante que la molécula diseñada resulte lo más soluble posible, porque si en un pequeño volumen se puede disolver una gran cantidad de sustancia, eso permitirá almacenar una mayor cantidad de energía”, comentó. 

La investigación está contemplada para cinco años, la finalidad del grupo también es tener en este tiempo de tres a seis moléculas que sean candidatas idóneas para una prueba en planta. 

Por último, celebró que la Facultad esté involucrada en este proyecto de manera destacada, porque de tener éxito el país tendría infraestructura no sólo para la generación, sino para el almacenamiento y distribución de la energía eléctrica. 

El trabajo liderado por el INEEL está enfocado en varios rubros: baterías de flujo, celdas de combustible y su balance de planta, en este también participan la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán de la UNAM, así como las universidades de Guanajuato, Querétaro y Autónoma Metropolitana; el Instituto Tecnológico de Tijuana y el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET), entre otras instituciones. 

Yazmín Ramírez Venancio

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