El prototip, un demostrador de flux redox de 10 kW, obre el camí cap a una bateria de flux de 50 kW. Ha estat desenvolupat per la Plataforma Temàtica Interdisciplinar PTI TrasnEner+, del CSIC, que treballa per desenvolupar tecnologies d'emmagatzematge d'energia a gran escala per a aplicacions estacionàries.
Aquest prototip de bateria de vanadi, de 10 kW de potència i 20 kWh d'energia, permet acumular energia elèctrica per a aplicacions estacionàries, com l'emmagatzematge d'energia a habitatges o petits comerçosUn equip d’investigadors del CSIC ha desenvolupat un prototip de bateria de flux redox de vanadi de 10 quilowatts (Kw) per demostrar la seva viabilitat com a sistema d’emmagatzematge d’energia elèctrica a gran escala, dirigit especialment a les energies renovables. Aquest prototip, de 10 kW de potència i 20 kWh d'energia, permet acumular energia elèctrica per a aplicacions estacionàries, com l'emmagatzematge d'energia a habitatges o petits comerços.
Es tracta d'un primer pas per arribar a l'objectiu final, obtenir una bateria de 50 quilowatts, que permetrà estendre l'ús d'aquesta tecnologia al sector industrial.
El prototip és fruit del treball de la Plataforma Temàtica Interdisciplinar PTI TrasnEner+ del CSIC, que persegueix l'emmagatzematge estacionari d'energia elèctrica a gran escala, per assolir una integració més gran de les energies renovables, superar els seus problemes d'intermitència i accelerar la transició energètica.
El projecte està coordinat per Ricardo Santamaría, investigador de l'Instituto de Ciencia y Tecnologia del Carbono (INCAR), i compta amb la participació de grups del Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC), de l’Instituto de Tecnología Química (ITQ), de l’Institut de Robòtica i Informàtica Industrial (IRI), de l’Instituto de Carboquímica (ICB), de l’Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) i de l’Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP)
Les bateries de flux redox són dispositius amb una gran flexibilitat en què l'energia està emmagatzemada en els electròlits, que contenen les espècies de vanadi electroactives. Els electròlits es troben en tancs externs i flueixen gràcies a l'acció de bombes hidràuliques per l'interior de les cel·les de la bateria, on es produeixen les reaccions electroquímiques d'oxidació-reducció.
Facilitar la penetració de les energies renovables
El seu avantatge principal és la versatilitat que ofereixen: la potència i l'energia del sistema es poden configurar de forma independent mitjançant l'augment de la superfície activa dels elèctrodes, el nombre de cel·les i el volum d'electròlit. Tenen, a més, un cicle de vida llarg, que pot superar els 20 anys, cosa que les converteix en excel·lents candidates per a aplicacions estacionàries i d'ús intensiu, on altres tecnologies com les bateries de liti no poden competir, i podrien facilitar la penetració de les energies renovables al mercat.
Un dels grans avantatges de les bateries de flux redox és que es poden dimensionar en potència i capacitat per donar servei en aplicacions d'emmagatzematge tant davant com darrere del comptador; és a dir, poden connectar-se directament a plantes de generació connectades a les xarxes de distribució o instal·lar-se als centres de consum d'energia oa la seva proximitat”, comenta Santamaría.
El prototip està format per 4 stacks (apilaments de cel·les) similars als que incorporarà la bateria de 50 kW.
El disseny de tots els elements que formen la bateria, la tecnologia dels sistemes de segellat i tancament, i els processos de fabricació i muntatge són obra del grup de recerca del LIFTEC liderat per l'investigador Félix Barreras. Els elèctrodes de carboni han estat modificats pel grup de recerca de l'INCAR per millorar-ne les propietats electroquímiques, mentre que el grup de l'ITQ, dirigit per Antonio Chica, s'ha encarregat de les membranes i l'electròlit.
A més, el mòdul incorpora un sistema de gestió de la bateria i l'energia de desenvolupament propi, basat en protocols d'operació compatibles amb els estàndards industrials, amb els quals es pot conèixer l'estat de la bateria en tot moment.
Així mateix, el grup de recerca de l'IRI, dirigit per Ramón Costa, col·labora amb el grup del LIFTEC en el disseny d'un sistema de telemetria que permet operar la bateria de manera remota i visualitzar totes les variables de funcionament a temps real. També estan treballant en la implementació de tècniques per a la predicció de l'estat de càrrega i salut que permetin la gestió eficient dels fluxos d'energia i la prolongació de la vida útil del dispositiu.
Un ampli ventall d'aplicacions
El prototip de 10 kW podria cobrir les necessitats creixents d'autoconsum energètic tant en habitatges aïllats com en petites comunitats de veïns o, fins i tot, per a petits consumidors comercials.
Tot i així, l'objectiu final del projecte és validar el prototip de 50 kW connectant-lo a una planta de generació d'energia renovable, com pot ser un camp de panells solars. Per això s'ha desenvolupat una microxarxa intel·ligent al LIFTEC, formada per la bateria de flux de 10 kW, un camp de panells solars i diverses càrregues i fonts programables que permeten simular diferents consums.
Tal com indica Félix Barreras, “aquesta instal·lació permetrà estudiar diferents escenaris realistes, amb una arquitectura de potència modular que permet l'ús de la bateria de manera aïllada o connectada a xarxa, ja sigui en corrent altern com en continu”
“Creiem que aquesta tecnologia pot ajudar les empreses a assolir una posició rellevant en l'entorn europeu davant del repte de mantenir la seguretat del subministrament d’energia en un sistema elèctric descarbonitzat basat en energies renovables”, indica Clara Blanco, coordinadora de la PTI-TransEner+.
Aquesta iniciativa està finançada pels Fons Next Generation EU a través del Pla de Recuperació, Transformació i Resiliència, concretament de la Component 17, Reforma institucional i enfortiment de les capacitats del sistema nacional de ciència, tecnologia i innovació.