Un prototipo de batería de vanadio para almacenar energía eléctrica a gran escala

El prototipo, un demostrador de flujo redox de 10 kW, abre el camino hacia una batería de flujo de 50 kW. Ha sido desarrollado por la Plataforma Temática Interdisciplinar PTI TrasnEner+, del CSIC, que trabaja para desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía a gran escala para aplicaciones estacionarias

Este prototipo de batería de vanadio, de 10 kW de potencia y 20 kWh de energía, permite acumular energía eléctrica para aplicaciones estacionarias, como el almacenamiento de energía en viviendas o pequeños comercios.Un equipo de investigadores del CSIC ha desarrollado un prototipo de batería de flujo redox de vanadio de 10 kilovatios (Kw) para demostrar su viabilidad como sistema de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala, dirigido especialmente a las energías renovables. Este prototipo, de 10 kW de potencia y 20 kWh de energía, permite acumular energía eléctrica para aplicaciones estacionarias, como el almacenamiento de energía en viviendas o pequeños comercios.  

Se trata de un primer paso para llegar al objetivo final, el de obtener una batería de 50 kilovatios, que permitirá extender el uso de esta tecnología al sector industrial.

El prototipo es fruto del trabajo de la Plataforma Temática Interdisciplinar PTI TrasnEner+, del CSIC, que persigue el almacenamiento estacionario de energía eléctrica a gran escala, con el fin de alcanzar una mayor integración de las energías renovables, superar sus problemas de intermitencia y acelerar la transición energética.

El proyecto está coordinado por Ricardo Santamaría, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR), y cuenta con la participación de grupos del  Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC), del Instituto de Tecnología Química (ITQ), del Instituto de Robótica e Informática Industrial (IRI), del Instituto de Carboquímica (ICB), del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB) y del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP).

Las baterías de flujo redox son dispositivos con una gran flexibilidad en los que la energía está almacenada en los electrolitos, que contienen las especies de vanadio electroactivas. Los electrolitos se encuentran en tanques externos y fluyen gracias a la acción de bombas hidráulicas por el interior de las celdas de la batería donde se producen las reacciones electroquímicas de oxidación-reducción.

Facilitar la penetración de las energías renovables

Su principal ventaja es la versatilidad que ofrecen: la potencia y la energía del sistema se pueden configurar de forma independiente mediante el aumento de la superficie activa de los electrodos, el número de celdas y el volumen de electrolito. Tienen, además, un ciclo de vida largo que puede superar los 20 años, lo que las convierte en excelentes candidatas para aplicaciones estacionarias y de uso intensivo, donde otras tecnologías como las baterías de litio no pueden competir, y podrían facilitar la penetración de las energías renovables en el mercado.

“Una de las grandes ventajas de las baterías de flujo redox es que pueden dimensionarse en potencia y capacidad para dar servicio en aplicaciones de almacenamiento tanto delante como detrás del contador; es decir, pueden conectarse directamente a plantas de generación conectadas a las redes de distribución o instalarse en los centros de consumo de energía o en su proximidad”, comenta Santamaría.

El prototipo está formado por 4 stacks (apilamientos de celdas) similares a los que incorporará la batería de 50 kW.

El diseño de todos los elementos que forman la batería, la tecnología de los sistemas de sellado y cierre, y los procesos de fabricación y montaje son obra del grupo de investigación del LIFTEC liderado por el investigador Félix Barreras. Los electrodos de carbono han sido modificados por el grupo de investigación del INCAR para mejorar sus propiedades electroquímicas, mientras que el grupo del ITQ, dirigido por Antonio Chica, se ha encargado de las membranas y el electrolito.

El módulo incorpora, además, un sistema de gestión de la batería y la energía de desarrollo propio, basado en protocolos de operación compatibles con los estándares industriales, con el que se puede conocer el estado de la batería en todo momento.

Asimismo, el grupo de investigación del IRI, dirigido por Ramón Costa, colabora con el grupo del LIFTEC en el diseño de un sistema de telemetría que permite operar la batería de forma remota y visualizar todas las variables de funcionamiento en tiempo real. También están trabajando en la implementación de técnicas para la predicción del estado de carga y de salud que permitan la gestión eficiente de los flujos de energía y la prolongación de la vida útil del dispositivo.

Un amplio campo de aplicaciones

El prototipo de 10 kW podría cubrir las crecientes necesidades de autoconsumo energético residencial tanto en viviendas aisladas como en pequeñas comunidades de vecinos, o incluso para pequeños consumidores comerciales.

Sin embargo, el objetivo final del proyecto es validar el prototipo de 50 kW conectándolo a una planta de generación de energía renovable, como puede ser un campo solar. Para ello se ha desarrollado una microrred inteligente en el LIFTEC, formada por la batería de flujo de 10 kW, un campo solar y varias cargas y fuentes programables que permiten simular diferentes consumos.

Tal y como indica Félix Barreras, “esta instalación permitirá estudiar casos realistas según las necesidades del mercado, con una arquitectura de potencia modular que permite el uso de la batería en modo aislado o conectada a red, ya sea en corriente alterna como en continua”

 “Creemos que esta tecnología puede ayudar a las empresas a alcanzar una posición relevante en el entorno europeo ante el reto de mantener la seguridad del suministro en un sistema eléctrico descarbonizado basado en energías renovables”, indica Clara Blanco, coordinadora de la PTI-TransEner+.

Esta iniciativa está financiada por los Fondos Next Generation EU a través del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, concretamente de la Componente 17, Reforma institucional y fortalecimiento de las capacidades del sistema nacional de ciencia, tecnología e innovación.