La batería perfecta: almacena energía y captura carbono a la vez

Desarrollo de Tecnologías de Baterías en el Laboratorio Nacional Oak Ridge

Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EEUU están desarrollando tecnologías de baterías para combatir el cambio climático de dos maneras: ampliando el uso de energía renovable y capturando dióxido de carbono en el aire.

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) y Energía Renovable

Este tipo de batería almacena la energía renovable generada por paneles solares o turbinas eólicas. Utilizar esta energía cuando el viento y la luz solar no están disponibles requiere una reacción electroquímica que, en la nueva formulación de batería de ORNL, captura el dióxido de carbono de las emisiones industriales y lo convierte en productos de valor agregado.

Los investigadores de ORNL crearon y probaron recientemente dos formulaciones diferentes para baterías que convierten el gas dióxido de carbono, o CO2, en una forma sólida que tiene el potencial de usarse en otros productos.

Uno de estos nuevos tipos de baterías mantenía su capacidad para 600 horas de uso y podía almacenar hasta 10 horas de electricidad. Los investigadores también identificaron, estudiaron y superaron el desafío principal, una desactivación causada por la acumulación de sustancias químicas, que había sido un obstáculo para la otra formulación de la batería.

Utilizan electrones libres para almacenar CO2

“La iniciativa de Ciencia y Tecnología de la Energía de Transformación, o TEST, en ORNL es precisamente el tipo de esfuerzo necesario para abordar el cambio climático. Estamos entusiasmados de que el laboratorio esté invirtiendo en ideas y enfoques innovadores que pueden transformar la forma en que pensamos sobre el almacenamiento de energía más allá de las baterías de iones de litio y otros sistemas de almacenamiento de energía electroquímicos convencionales”, dijo Ilias Belharouak, miembro corporativo de ORNL y director de la iniciativa. “Qué escenario tan fantástico: utilizar electrones libres para almacenar CO2 y convertirlo en productos generadores de ingresos es un concepto que nunca habría imaginado hace 10 años, pero esto es sólo el comienzo”.

Cómo funciona

Las baterías funcionan mediante reacciones electroquímicas que mueven iones entre dos electrodos a través de un electrolito. A diferencia de las baterías de teléfonos móviles o automóviles, las diseñadas para el almacenamiento de energía en la red no tienen que funcionar como un sistema cerrado y portátil. Esto permitió a los investigadores del ORNL crear y probar dos tipos de baterías que podrían convertir el CO2 de fuentes industriales estacionarias.

Por ejemplo, el CO2 generado por una central eléctrica podría bombearse a través de un tubo hacia el electrolito líquido, creando burbujas similares a las de un refresco carbonatado. Durante el funcionamiento con batería, las burbujas de gas se convierten en un polvo sólido.

Pros, Contras y Desafíos Superados

La batería de sodio-dióxido de carbono, o Na-CO2, se desarrolló primero y enfrentó algunos obstáculos. Para que este sistema funcione, los electrodos deben estar separados en cámaras húmedas y secas con un conductor de iones sólido entre ellas. La barrera ralentiza el movimiento de los iones, lo que a su vez ralentiza el funcionamiento de la batería y reduce su eficiencia.

Un desafío importante para esta batería de Na-CO2 es que después de un uso prolongado, se forma una película en la superficie del electrodo, lo que eventualmente hace que la batería se desactive. El equipo de investigación utilizó microscopios altamente especializados y técnicas de rayos X para examinar la celda de la batería cuando fallaba y en varias etapas de funcionamiento.

Estudiar cómo se formó la película ayudó a los investigadores a comprender cómo descomponerla nuevamente. Les intrigó darse cuenta de que la batería podía reactivarse, o impedirse su desactivación, simplemente mediante cambios operativos en el ciclo de carga/descarga. Los pulsos desiguales de carga y descarga impidieron la acumulación de película en el electrodo.

“Informamos por primera vez que la célula desactivada puede reactivarse”, dijo Amin. “Y encontramos el origen de la desactivación y activación. Si carga y descarga simétricamente la batería durante demasiado tiempo, se agota en un momento. Si utiliza el protocolo que establecimos para nuestra celda, las posibilidades de falla son muy escasas”.

Un Segundo Diseño para Almacenamiento a Largo Plazo

A continuación, los investigadores se centraron en el diseño de la batería de aluminio y dióxido de carbono, o Al-CO2. El equipo experimentó con varias soluciones de electrolitos y tres procesos de síntesis diferentes para identificar la mejor combinación. El resultado fue una batería que proporciona suficiente almacenamiento para más de 10 horas de electricidad para su uso posterior.

“Eso es enorme para el almacenamiento a larga duración”, dijo Amin. “Ésta es la primera batería de Al-CO2 que podría funcionar de forma estable durante mucho tiempo, que es el objetivo. Mantener sólo unas pocas horas de energía almacenada no ayuda”.

Las pruebas encontraron que la batería ORNL podría funcionar más de 600 horas sin perder capacidad, dijo Amin, mucho más que la única batería de Al-CO2 reportada anteriormente, que solo fue probada durante ocho horas de ciclo.

La guinda del pastel es que esta batería captura casi el doble de dióxido de carbono que la batería de Na-CO2. Se puede diseñar para que el sistema funcione en una sola cámara, con ambos electrodos en la misma solución líquida, de modo que no exista ninguna barrera al movimiento de los iones.

El desafío para la batería de Al-CO2 es acercarla a su ampliación, dijo Amin. Aun así, el equipo seguirá estudiando sistemáticamente sus propiedades para prolongar la vida útil y capturar CO2 de forma más eficiente. Para que la batería de Na-CO2 sea competitiva, el

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) abordados en el artículo

1. ODS 7: Energía asequible y no contaminante
2. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura
3. ODS 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas en el artículo

1. ODS 7:
   • Meta 7.2: Aumentar sustancialmente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas.
   • Meta 7.3: Duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética.
2. ODS 9:
   • Meta 9.4: Modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles, utilizando los recursos con mayor eficacia y adoptando tecnologías y procesos industriales limpios y ambientalmente racionales.
3. ODS 13:
   • Meta 13.2: Incorporar medidas relativas al cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales.

Indicadores de los ODS mencionados o implícitos en el artículo

1. ODS 7:
   • Indicador 7.2.1: Proporción de la energía renovable en el consumo total de energía.
   • Indicador 7.3.1: Intensidad energética medida en términos de energía primaria y PIB.
2. ODS 9:
   • Indicador 9.4.1: Emisiones de CO2 por unidad de valor añadido.
3. ODS 13:
   • Indicador 13.2.1: Número de países que han comunicado la incorporación de medidas relativas al cambio climático en sus políticas, estrategias y planes nacionales.

Análisis del artículo

ODS 7: Energía asequible y no contaminante

El artículo destaca el desarrollo de nuevas tecnologías de baterías que permiten almacenar energía renovable generada por paneles solares o turbinas eólicas. Esto está directamente relacionado con la Meta 7.2, que busca aumentar la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas. Además, la mejora en la eficiencia de estas baterías contribuye a la Meta 7.3, que pretende duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética.

ODS 9: Industria, innovación e infraestructura

Las innovaciones tecnológicas descritas en el artículo, como las nuevas formulaciones de baterías que convierten el CO2 en productos de valor agregado, están alineadas con la Meta 9.4. Esta meta se centra en modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles, utilizando tecnologías limpias y ambientalmente racionales.

ODS 13: Acción por el clima

El desarrollo de baterías que capturan CO2 y lo convierten en productos útiles está directamente relacionado con la Meta 13.2, que busca incorporar medidas relativas al cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales. Este avance tecnológico puede ser una herramienta poderosa para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el cambio climático.

Tabla: ODS, metas e indicadores

Derechos de Autor: Explora este artículo cuidadosamente elaborado por SDG Investors Inc. Nuestra avanzada tecnología de IA se sumerge en un mar de información para resaltar nuestro camino conjunto hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Somos dueños de los derechos de este contenido, pero te animamos a compartirlo para extender el conocimiento y promover acciones sobre los ODS.

Fuente: elperiodicodelaenergia.com

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