Harald Fitzek, Qamar Abbas and Christian Prehal (in front) at the Anton Paar SAXSpoint 2.0 | © Lunghammer – TU Graz

Almacenamiento de energía respetuoso con el medio ambiente

2020-10-12 | Corporate

Al igual que las baterías, los supercondensadores son adecuados para el almacenamiento repetido de energía eléctrica. Los investigadores de la Universidad Técnica de Graz han presentado una variante especialmente segura y sostenible de este tipo de supercondensadores en la revista científica "Nature Communications". Esta investigación se realizó con un sistema SAXS de Anton Paar.

La seguridad, la sostenibilidad y la reciclabilidad limitadas son los principales inconvenientes de la tecnología actual de baterías de iones de litio, junto con la disponibilidad restringida de materiales de partida (por ejemplo, el cobalto).  Por ello, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz comenzaron a buscar sistemas alternativos de almacenamiento de energía utilizando la tecnología de Anton Paar (SAXSpoint 2.0).

El supercondensador
El resultado de su intenso trabajo de investigación es el "supercondensador híbrido", una combinación de batería y condensador. Puede cargarse y descargarse tan rápidamente como un condensador y puede almacenar casi tanta energía como las baterías convencionales. En comparación con éstas, puede cargarse y descargarse mucho más rápido y con mayor frecuencia: mientras que una batería de iones de litio alcanza una vida útil de unos pocos miles de ciclos, un supercondensador logra alrededor de un millón de ciclos de carga.

Sistema de carbono y agua salada
Una variante especialmente sostenible, pero hasta ahora bastante inexplorada, de un supercondensador híbrido de este tipo consiste en carbono y electrolito acuoso de yoduro de sodio (NaI), con un electrodo positivo de la batería y un electrodo negativo del supercondensador: "El sistema que estamos estudiando en detalle consiste en electrodos de carbono nanoporoso y un electrolito acuoso de yoduro de sodio, es decir, agua salada. Esto hace que este sistema sea especialmente respetuoso con el medio ambiente, rentable, incombustible y fácil de reciclar", explica Christian Prehal. Es el primer autor del estudio y se ha trasladado recientemente del Instituto de Química y Tecnología de Materiales de la Universidad Técnica de Graz a la ETH de Zúrich.

Medición de rayos X de ángulo pequeño en el SAXSpoint 2.0
Con la ayuda de la dispersión de rayos X de ángulo pequeño y la espectroscopia Raman, los investigadores pudieron demostrar por primera vez que en los nanoporos de carbono del electrodo de la batería se forman nanopartículas sólidas de yodo durante la carga, que vuelven a disolverse durante la descarga. Esto corrige el mecanismo de reacción asumido hasta ahora y tiene consecuencias de gran alcance, como explica Christian Prehal: "Sólo gracias al pequeño tamaño de los nanoporos, inferior a 1 nanómetro (una millonésima parte de un milímetro), el yodo sólido permanece estable. El grado de llenado de los nanoporos con yodo sólido determina la cantidad de energía que puede almacenarse en el electrodo. Esto permite que la capacidad de almacenamiento de energía de los electrodos de carbono con yodo alcance valores inesperadamente altos al almacenar toda la energía química en las partículas de yodo sólido". Estos nuevos conocimientos fundamentales abren el camino a los supercondensadores híbridos o electrodos de batería con una densidad energética incomparablemente mayor y procesos de carga y descarga extremadamente rápidos.

Con mejoras específicas, los supercondensadores híbridos pueden utilizarse ahora como una alternativa segura, no inflamable, rentable y sostenible para el almacenamiento estacionario de energía eléctrica. Puede ser una opción atractiva especialmente para el almacenamiento de energía procedente de células fotovoltaicas en los hogares, por ejemplo.

Celda de batería SAXS
Dentro de este proyecto se desarrolló una célula de batería SAXS. Esta célula de batería está ahora en el mercado. Stefan Freunberger (hasta hace poco ITCM en la TU Graz, ahora en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria), Christian Prehal y colegas de Anton Paar han colaborado en este desarrollo.