Las baterías de flujo basadas en bromo almacenan energía mediante una reacción química entre iones de bromuro y bromo elemental. Esta química resulta atractiva debido a la amplia disponibilidad del bromo, su alto potencial electroquímico y su buena solubilidad en electrolitos líquidos. Sin embargo, el problema surge durante la carga, cuando se producen grandes cantidades de bromo. Este material reactivo puede atacar los componentes de la batería, reducir el número de ciclos de carga que puede soportar y aumentar los costos generales del sistema. Si bien los aditivos conocidos como agentes complejantes del bromo pueden ayudar a limitar la corrosión, a menudo provocan la separación del electrolito en diferentes fases, lo que altera la uniformidad y dificulta la gestión del sistema.
Un estudio publicado en Nature Energy presenta un nuevo enfoque en la química de las baterías basadas en bromo, liderado por el Prof. Xianfeng Li del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS). El equipo diseñó una reacción relacionada con el bromo que transfiere dos electrones en lugar de uno, y la aplicó con éxito a una batería de flujo de zinc-bromo. Los resultados demuestran tanto una prueba de concepto funcional como una ampliación exitosa hacia un sistema de batería de larga duración.
Capturando el Bromo para Mejorar el Rendimiento
Los investigadores lograron esto añadiendo compuestos de amina al electrolito, donde actúan como depuradores de bromo. Durante el funcionamiento de la batería, el bromo (Br2) formado a través de reacciones electroquímicas se convierte en compuestos de amina bromados. Este proceso reduce la cantidad de Br2 libre en el electrolito a un nivel ultra bajo de aproximadamente 7 mM. La química tradicional del bromo se basa en una transferencia de un solo electrón de iones de bromuro a Br2. En contraste, el nuevo proceso permite una transferencia de dos electrones de iones de bromuro a los compuestos de amina bromados, lo que aumenta la densidad de energía. Al mismo tiempo, mantener los niveles de Br2 extremadamente bajos reduce significativamente los efectos corrosivos, lo que ayuda a prolongar la vida útil de la batería.
Estabilidad a Largo Plazo y Costos Reducidos a Escala
El equipo probó esta química en baterías de flujo de zinc-bromo en condiciones prácticas. Debido a que el electrolito contiene muy poco Br2 libre, la batería puede funcionar de manera confiable utilizando una membrana de intercambio iónico estándar no fluorada (SPEEK), lo que ayuda a reducir los costos. En una prueba de ampliación a 5 kW, la batería funcionó de manera estable durante más de 700 ciclos a una densidad de corriente de 40 mA cm-2 y alcanzó una eficiencia energética superior al 78%. Con la concentración de Br2 mantenida tan baja, no se detectó corrosión en los componentes críticos, incluidos los colectores de corriente, los electrodos y las membranas, ni antes ni después de los ciclos de carga y descarga.
Implicaciones para el Futuro del Almacenamiento de Energía
“Nuestro estudio proporciona un enfoque novedoso para el diseño de baterías de flujo basadas en bromo de larga duración y sienta las bases para la aplicación y promoción adicionales de las baterías de flujo de zinc-bromo”, afirmó el Prof. Li.
