Batería de flujo redox de hierro y cromo con alta densidad energética

Un equipo internacional de investigación ha desarrollado un nuevo concepto de batería de flujo redox que utiliza mineral de hierro y cromo para la química redox.

“Estamos en las fases preliminares de exploración del aspecto económico de estas baterías”, declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Hyun-Wook Lee. “Aunque todavía no hemos realizado una estimación exhaustiva del costo nivelado de almacenamiento (LCOS), nuestros primeros resultados apuntan a una posible competitividad en costos, sobre todo teniendo en cuenta la naturaleza ecológica de nuestras baterías y sus prometedoras métricas de rendimiento”.

La batería se basa en un electrolito negativo de cromo, o negolito, y ligandos de cianuro de campo fuerte, que, según los científicos, pueden mitigar el efecto Jahn-Teller. Este último es una distorsión geométrica de un sistema molecular no lineal que reduce su simetría y energía y, en las baterías de flujo redox, reduce el potencial redox, la estabilidad y la cinética rápida.

Suprimir la descomposición indeseable del complejo de cloruro de cromo (II) Cr(II) utilizado en la batería es el paso crucial para evitar estos problemas durante el ciclo electroquímico de las baterías de flujo redox, facilitando así una reacción redox estable y rápida.

La batería también utiliza un negolito basado en hexacianometalato, un compuesto inorgánico con la fórmula Cr(CN)6. “Las fiables propiedades electroquímicas del Cr(CN)6 son únicas debido a su bajo potencial redox de -1,15 V”, explicó el grupo. El electrolito se basó en cianuro sódico (NaCN), del que se afirma que ofrece una excelente estabilidad electroquímica, especialmente frente a potenciales muy reductores, combinada con una alta solubilidad en agua.

Mediante una serie de simulaciones termodinámicas de la teoría del funcional de la densidad (DFT), los investigadores descubrieron que el negolito se coordina bien con los ligandos de campo fuerte utilizados para la pila y es capaz de reducir el efecto Jahn-Teller.

La configuración de batería propuesta puede alcanzar una vida útil estable de 500 ciclos y una densidad de alta energía de 38,6 Wh L-1, según el grupo de investigación.

“Esta batería de flujo redox basada en hexacianometalato es capaz de reacciones redox reversibles con un potencial relativamente alto como sistema acuoso aprovechando el bajo potencial del Cr(CN)6 y un mejor rendimiento de los ciclos a altas densidades de corriente”, afirmó. “En comparación con las baterías de flujo convencionales y de otro tipo, esta configuración de celda tiene propiedades superiores en cuanto al potencial de celda completa y el rendimiento de ciclado”.

El nuevo concepto de batería se presenta en el estudio “Full-Hexacyanometallate Aqueous Redox Flow Batteries Exceeding 1.5 V in an Aqueous Solution” (Baterías de flujo redox acuosas de hexacianometalato completo que superan los 1,5 V en solución acuosa), publicado en Advanced Energy Materials. En el grupo de investigación participan científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, y del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), en Corea del Sur.