Desarrollo tecnológico
Sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías de flujo
El almacenamiento de energía es crucial en el contexto actual debido a la transición hacia
fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica, que son intermitentes por naturaleza.
La posibilidad de almacenar energía permite equilibrar la oferta y la demanda, mejorar la
estabilidad de la red eléctrica y reducir la dependencia de fuentes de energía fósil. En
términos generales, el almacenamiento de energía permite aprovechar al máximo las energías
renovables garantizando un suministro constante y confiable.
El reto de México en materia de energías limpias y sus compromisos para reducir el impacto del
cambio climático han dado lugar a una creciente necesidad de integración de grandes capacidades
de almacenamiento de energía. Este almacenamiento es esencial para equilibrar el suministro
eléctrico, atender los picos de demanda de energía y mantener la estabilidad de la red. Como
consecuencia, se espera que la necesidad de almacenamiento de energía a gran escala crezca
exponencialmente durante la próxima década.
Con respecto a las tecnologías electroquímicas, las baterías de iones de litio son actualmente
la referencia tecnológica. Sin embargo, los precios de las baterías basadas en litio siguen
siendo demasiado altos y sus tiempos de descarga son muy cortos para aplicaciones que permitan
una integración más amplia y un mejor aprovechamiento de las energías renovables.
Una batería de flujo es un tipo de sistema de almacenamiento electroquímico en el que los
materiales activos redox están disueltos en líquidos. Los electrolitos cargados positiva y
negativamente se almacenan en tanques separados para posteriormente ser llevados a un reactor
electroquímico (celda/stack) que consta de arreglos de electrodos separados por una membrana
semipermeable. La tecnología de baterías de flujo, hoy en día, tiene como referente más conocido
la química todo-vanadio. Este tipo de baterías han demostrado la factibilidad técnica de
descargas largas de energía, pero se basan en materiales electrolíticos costosos, lo que hace
incierto si serán económicamente competitivas para las aplicaciones de almacenamiento a escala
de red.
Baterías de flujo basadas en
electrodiálisis
: en este concepto, la energía se almacena mediante la disociación de
soluciones de electrolitos salinos simples en sus correspondientes soluciones ácido y base, por
medio de membranas de intercambio iónico de alto rendimiento. La principal innovación en este
concepto se basa en la integración de membranas de intercambio iónico y soluciones
electrolíticas de bajo costo.
Baterías de flujo basadas en materiales
orgánicos redox activos
: Esta tecnología busca evitar el empleo de metales caros, como
el vanadio y se centra en la identificación de compuestos orgánicos redox activos adecuados. Con
base en cálculos químicos cuánticos de alto rendimiento, se sintetizan y evalúan una selección
de moléculas orgánicas para su uso en baterías de flujo.
Figura 1. Prototipo de batería de flujo basada en electrodiálisis desarrollada en el INEEL.
El Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) es la institución líder para el
desarrollo de ambas tecnologías, ya que cuenta con personal de más de 40 años de experiencia en
investigación, innovación aplicada y desarrollo tecnológico. El consorcio formado por diversas
instituciones nacionales como la UNAM-FQ, UNAM-FESC, Universidad de Guanajuato, Instituto
Tecnológico de Tijuana, CENIDET y la Universidad Autónoma de Querétaro, han desarrollado
capacidades en sus diferentes especialidades para los sistemas de almacenamiento de energía.
El impacto de este proyecto será significativo en varios aspectos: En primer lugar, se
desarrollan los prototipos a escala intermedia, más de 1000 cm2 de área activa, con un concepto
modular que permite la integración de sistemas de hasta 100 kW. Además, un aspecto crucial del
proyecto se refiere a la capacitación de científicos e ingenieros mexicanos en la vanguardia de
la investigación sobre almacenamiento de energía. Esto promueve la formación de ingenieros
mexicanos altamente calificados para enfrentar los desafíos futuros en este sector,
fortaleciendo así la capacidad del país para desarrollar tecnologías avanzadas.
Figura 2. Prototipo de batería de flujo basada en materiales orgánicos Redox, desarrollada en el INEEL. Incluye stack, tanques de almacenamiento de electrolitos, bombas de recirculación, sensores de temperatura, flujo y estado de carga; así como sistema de control y adquisición de datos.
Desarrollos como estos permiten dar certidumbre y fuerza a la tecnología mexicana, incentivando la inversión pública y privada en estos campos. Con ello, se crearán nuevas industrias y se generarán empleos que promoverán la riqueza, el bienestar para la sociedad y la protección del medio ambiente. El éxito del almacenamiento de energía limpia en nuestro país se traducirá en beneficios tangibles para la sociedad, consolidando a México como un líder en la adopción y desarrollo de tecnologías sostenibles.
Autores:
Tatiana Romero Castañon, tromero@ineel.mx
Mario Román Díaz Guillén, mario.diaz@ineel.mx
Leonardo de Silva Muñoz, leonardo.desilva@ineel.mx
Abigail González Díaz, abigail.gonzalez@ineel.mx