¿Quieres una batería que dure? Juega frío y calor

Sobre esta hora Cada año, el Pacífico Noroccidental disfruta de una abundancia temporal de energía renovable. Una corriente de nieve derretida se acumula detrás de las abundantes represas de la región justo cuando fuertes tormentas soplan a través de las gargantas, empujando muchas turbinas eólicas. Pero se acerca el final del verano, los elementos se debilitanDurante el estancamiento, estados como Oregón y Washington dependen cada vez más de otras fuentes de energía, a menudo más sucias, como el gas natural y el carbón producido por sus vecinos.

La naturaleza no siempre está incluida cuando la necesitamos. Lo cual es un problema para la mayoría de las fuentes de energía renovable. (Los alemanes tienen la palabra flauta oscurao "pausa oscura" para describir períodos en los que el sol y el viento desaparecen juntos). Para lugares como el estado de Washington, que aspira a alcanzar el 100 % de energía limpia para 2045, la pregunta es cómo llenar estos vacíos estacionales. Tal vez California tenga el sol de verano o el Medio Oeste tenga el viento que les da la energía para comerciar. Sin embargo, esto es difícil. No hay suficientes cables para conectar estos lugares como una sola cosa. Y además, California tiene el mismo plazo de 2045 para producir energía sin emisiones de carbono, lo que complica el intercambio interregional.

En el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, los investigadores han encontrado una posible solución: una batería recargable que conserva energía durante meses utilizando su propio tipo de congelación y descongelación. La mayoría de las baterías liberan energía por diseño. Para cargar y liberar energía, se basan en el fácil movimiento de iones a través de un electrolito líquido. Pero a veces estos iones se escapan cuando no hay necesidad de energía. Por lo tanto, la batería de un coche eléctrico que quede por ahí se agotará con el tiempo. batería PNNL, que se describe en Informes celulares Ciencias físicas el mes pasado, cerró este grifo que goteaba, esencialmente congelando las tuberías. Depende de un electrolito hecho de sal fundida, que se vuelve líquido cuando la batería se calienta hasta 180 grados Celsius (eso es 356 grados Fahrenheit), permitiendo que los iones pasen a través de ella. Cuando se enfría, la sal se solidifica, los iones se capturan y se congelan en su lugar, al igual que la energía.

Las baterías generalmente no se consideran una forma ideal de almacenar energía durante semanas o meses. Es por eso que los expertos en la web a menudo buscan soluciones basadas en la física, como bombear agua a tanques elevados que se pueden usar más tarde, o comprimir aire en cuevas subterráneas, o usar el exceso de energía renovable para crear combustible como el hidrógeno. La sabiduría convencional es que las baterías son demasiado caras para escalar para este propósito. Son demasiado difíciles de producir y están demasiado llenos de minerales valiosos para permanecer inactivos mientras están completamente cargados. Pero cada vez más investigadores están analizando la química no autorizada de baterías más antiguas y, a menudo, más baratas.

Las baterías con sal fundida entran en esta categoría. En la década de 1980, los fabricantes de automóviles como Ford los consideraban automóviles eléctricos, pero las baterías de iones de litio pronto se hicieron populares en pequeños dispositivos electrónicos como los teléfonos móviles. La tecnología se está volviendo tan dominante en parte porque es muy fácil de recargar: solo es cuestión de mover los iones de un lado a otro en la celda. Otros tipos de baterías involucran cambios químicos y físicos más complejos que son más difíciles de revertir. Son como romper un jarrón y luego tratar de volver a armarlo.

El enfoque de congelación y descongelación tiene algunos de estos desafíos, ya que significa que los materiales del interior cambian físicamente, es decir, se expanden y contraen, antes de cada uso. "Uno rompe muchas conexiones y luego trata de reformarlas", dijo Vincent Sprenkel, gerente del programa técnico de almacenamiento de energía de PNNL. La solución es diseñar una batería que sea notablemente estable, combinando metales como el níquel y el aluminio que son bien conocidos, además de agregar gránulos de azufre para aumentar la estabilidad. El prototipo que hicieron los investigadores es pequeño: una caja del tamaño de un disco de hockey. Para activarlo, lo calientan en un horno a 180 grados centígrados. "Puedes hacerlo en tu horno en casa", dijo Minuan Miller Lee, científico de baterías del PNNL que dirigió el estudio. La batería resultante retiene más del 90 por ciento de la energía invertida después de tres meses, dijeron los investigadores (las pérdidas se deben en gran parte a los iones que se mueven prematuramente a medida que la batería se calienta gradualmente).