El gobierno de EE. UU. pretende hacer que los métodos de transporte sean más limpios como parte de su objetivo de cero emisiones netas para 2050, por lo que las baterías eficientes y confiables son una necesidad. Un equipo colaborativo de investigadores dirigido por la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis está trabajando para lograr ese objetivo mediante el desarrollo de un Sistema de almacenamiento de energía con una densidad energética mucho mayor. que los sistemas existentes.
Con 1,5 millones de dólares de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de EE. UU., Xianglin Li, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, dirigirá un equipo multiinstitucional para desarrollar un litio-aire (li- Air) con líquidos iónicos para ofrecer un rendimiento eficiente, confiable y duradero para aplicaciones de alta energía y potencia. La financiación de 18 meses de la Fase I es parte de $15 millones en financiación ARPA-E otorgada a 12 proyectos en 11 estados para promover soluciones de almacenamiento de alta energía de próxima generación para acelerar la electrificación de los sectores de aviación, ferrocarril y transporte marítimo.
Financiado a través de la electrificación pionera de ferrocarriles, océanos y aviones con sistemas de almacenamiento de energía 1K (PROPEL-1K), los proyectos tienen como objetivo desarrollar sistemas de almacenamiento de energía libres de emisiones con tecnologías “1K” capaces de alcanzar o superar 1.000 vatios-hora por kilogramo (wh/kg) y 1.000 vatios-hora por litro (wh/l).
«Las baterías de iones de litio actualmente disponibles comercialmente tienen una energía específica de alrededor de 200 vatios-hora por kilogramo, y no funcionarían porque 1.000 vatios-hora por kilogramo está más allá de su límite termodinámico», dijo Li. «Necesitamos aumentar esa densidad de energía específica de cuatro a cinco veces, por lo que este es un objetivo muy agresivo».
Si tienen éxito, las tecnologías PROPEL-1K electrificarían vuelos regionales que viajen hasta 1.000 millas con hasta 100 personas; todos los ferrocarriles norteamericanos; y todos los buques que operan exclusivamente en aguas territoriales de Estados Unidos, dijo la agencia.
El concepto del equipo de Li utilizaría litio puro en el ánodo porque tiene la mayor densidad de energía. Utilizarán un separador muy fino con propiedades únicas para transferir los iones de litio de un lado a otro. El cátodo debe contener catalizadores que hagan que la reacción electroquímica de reducción y evolución de oxígeno se produzca de forma rápida y eficiente.
«Todos estos componentes deben ensamblarse casi a la perfección, porque esos 1.000 vatios-hora por kilogramo están cerca del límite de cualquier tecnología de almacenamiento de energía», dijo Li. “Es por eso que contamos con un gran equipo con expertos complementarios en diferentes partes de todo este sistema. Mi equipo liderará el diseño general del sistema y se centrará en el cátodo donde se produciría la reacción del oxígeno”.
Para la batería de flujo de litio-aire propuesta, el equipo utilizará un electrolito único: líquidos iónicos con alta solubilidad en oxígeno, baja viscosidad, volatilidad ultrabaja y alta conductividad iónica. El equipo también personalizará catalizadores y membranas protectoras de metal litio para mejorar el rendimiento de la batería y al mismo tiempo reducir el consumo de energía durante la circulación del electrolito. Los resultados experimentales preliminares han demostrado que la capacidad se multiplica por diez mediante el uso de un electrolito circulante.
«Las baterías comerciales utilizan electrolitos orgánicos, pero como nuestra celda de litio-aire es un sistema abierto, ese electrolito se evaporaría con el tiempo», dijo Li. «El líquido iónico es una sal que actúa como un líquido pero no se evapora y puede fluir a temperatura ambiente».
Los investigadores co-principales del proyecto incluyen a Peng Bai, profesor asociado, y Vijay Ramani, profesor universitario distinguido Roma B. & Raymond H. Wittcoff, ambos en el Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química de McKelvey Engineering; Mark Shiflett, de la Universidad de Kansas; Ivan Vlassiouk, personal de investigación senior del Laboratorio Nacional Oak Ridge; James Saraidaridis, ingeniero de investigación principal del Centro de Investigación de Tecnologías Raytheon; y Sherry Quinn, electroquímica de Powerit. Juntos trabajarán para desarrollar un prototipo que pueda desarrollarse más y llevarse al mercado.
El equipo también llevará a cabo un análisis económico de sus sistemas de baterías de flujo de aire y litio para los sectores de aviación, ferrocarril y transporte marítimo para resaltar la importancia de avanzar en las tecnologías de almacenamiento de energía más allá de la tecnología actual de baterías de iones de litio.
!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?
n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)};if(!f._fbq)f._fbq=n;
n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;
t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window,
document,’script’,’https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);
fbq(‘init’, ‘1254095111342376’);
fbq(‘track’, ‘PageView’);
