IMDEA Energía explora nuevos conceptos para electromovilidad
Los motores de combustión interna de los vehículos convencionales, basados en combustibles fósiles como la gasolina y el gasoil, contribuyen en gran medida al efecto invernadero. El problema se agudiza en urbes de gran tamaño como Madrid o Barcelona debido a la gran concentración de vehículos y, por lo tanto, a la alta emisión de gases contaminantes.
Una de las piezas clave en esta electromovilidad son las baterías, ya que las características y prestaciones de estos vehículos eléctricos, como la autonomía, seguridad, tiempo de recarga o precio del vehículo, dependen en gran medida de dichas baterías. Sin embargo, las prestaciones de las actuales baterías no cumplen todos los requisitos necesarios para garantizar la implantación masiva del vehículo eléctrico en nuestras ciudades. Uno de los mayores hándicaps es el proceso de recarga que actualmente sólo se puede llevar a cabo en unos pocos puntos en la ciudad y que, además, es mucho más lento que el llenado del tanque de combustible al que los conductores estamos acostumbrados. Se necesita, por un lado, implementar una amplia red de puntos de recarga y, por otro lado, reducir los tiempos de recarga y la seguridad en las actuales baterías. Parece claro, por tanto, que el éxito de la electromovilidad en nuestras ciudades está íntimamente relacionado con los avances logrados en el campo de las baterías.
En la Unidad de Procesos Electroquímicos de la Fundación IMDEA Energía, se están investigando nuevos conceptos de baterías que mejoren las prestaciones de los sistemas actuales. Gracias al programa de atracción de talento de la Comunidad de Madrid, el doctor Edgar Ventosa explorará durante los próximos 4 años una tecnología innovadora basada en baterías de flujo semisólidas de alta energía. El punto diferenciador frente a las baterías convencionales de níquel – hidruros metálicos o ion-litio es que su interior está mayoritariamente en fase líquida. En otras palabras, la energía se almacena en ‘fluidos de batería’ que pueden sustituirse por ‘fluidos nuevos’ cuando la batería se ha agotado. Esto presenta una gran ventaja ya que, cuando la batería del vehículo está llegando a su fin, los fluidos gastados pueden ser sustituidos por otros totalmente cargados en estaciones de abastecimiento mediante una operación rápida y muy similar a la actual de repostaje de combustible.
De esta manera, la infraestructura de gasolineras existente, basada en la distribución de gasolina o gasoil, sería fácilmente adaptada para la distribución de los fluidos de baterías, cuya recarga puede realizarse con electricidad proveniente de fuentes renovables. Aunque el concepto de batería de flujo se conoce desde hace muchos años y se utiliza para el almacenamiento estacionario de energía, la baja densidad de energía de las actuales baterías de flujo hace inviable su aplicación en electromovilidad.
Es decir, como la cantidad de energía que almacena un litro de fluido es muy baja, se necesitarían tanques exageradamente grandes en el vehículo para alcanzar una autonomía suficiente (unos 1000 litros para 100 km). Una de las principales razones de la baja densidad de energía de las baterías de flujo actuales es la limitada solubilidad de las especies activas en el electrolito.
La alternativa que se explora en IMDEA Energía supone un cambio de dirección, que se dirige a diseñar fluidos que puedan contener más material activo en forma de suspensión. En lugar de disolver materiales que almacenen energía, esta propuesta propone el uso de suspensiones de partículas sólidas basadas en los materiales que se utilizan actualmente en los electrodos de las baterías de ion litio. De esta manera, se obtiene una suspensión que combina las altas densidades de energía de los materiales de ion litio con la versatilidad en los procesos de recarga de las baterías de flujo. Con esta estrategia se podría multiplicar por diez la densidad de energía, disminuyendo el volumen de los tanques de los 1000 litros que se necesitarían con la tecnología actual, a menos 100 litros (para 100 km). Sin embargo, el proceso de carga de los materiales de alta densidad de energía en estas baterías de flujo semisólidas presenta grandes dificultades. Es precisamente este punto el que se pretende mejorar durante la ejecución de este proyecto.