Líquido

Jul 15, 2023

El costo es una variable crucial para cualquier batería que pueda servir como una opción viable para el almacenamiento de energía renovable en la red. Un análisis realizado por investigadores del MIT ha demostrado que el almacenamiento de energía tendría que costar sólo 20 dólares por kilovatio-hora para que la red funcione completamente con energía eólica y solar. Un sistema de baterías de iones de litio de almacenamiento en red de 100 megavatios y 10 horas de duración completamente instalado cuesta ahora alrededor de 405 dólares/kWh, según un informe del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Ahora, sin embargo, una batería de metal líquido cuyo despliegue en el mundo real está previsto para 2024 podría reducir considerablemente los costes de almacenamiento de energía.

Donald Sadoway, químico de materiales y profesor emérito del MIT, ha tenido en mente la asequibilidad en sus numerosos inventos de baterías a lo largo de los años, incluida una reciente batería de aluminio y azufre. El bajo costo también motivó la batería de metal líquido, que contiene electrodos de metal fundido y un electrolito de sal fundida, que inventó y luego comenzó a comercializar al cofundar la startup Ambri en 2010.

La batería de red de Ambri cuesta entre 180 y 250 dólares/kWh, dependiendo del tamaño y la duración, afirma la empresa. Pero su costo proyectado es de aproximadamente $21/kWh para 2030, según un artículo que Sadoway y sus colegas publicaron en octubre de 2021 en la revista Renewable and Sustainable Energy Reviews. Y la empresa de Marlborough, Massachusetts, ahora está preparada para su primera instalación de servicios públicos. Ambri y la empresa de servicios públicos Xcel Energy comenzarán la instalación de un sistema de 300 kWh en Aurora, Colorado, a principios de 2024; el sistema debería estar en pleno funcionamiento a finales de ese año.

El menor costo de la batería de metal líquido surge de materiales, química y diseño de sistema más simples en comparación con los de iones de litio, y su vida útil más larga, dice Sadoway. “El concepto de batería de metal líquido la hace única para el almacenamiento estacionario. No es inflamable, a diferencia del litio. Y es resistente a la pérdida de capacidad. Tenemos datos sobre miles de ciclos de carga, que son años de funcionamiento. Esta cosa debería durar 20 años y aún conservar el 95 por ciento de su capacidad. Lo invitaría a buscar a alguien que tenga una batería de iones de litio operativa de 20 años”.

Las baterías convencionales suelen estar fabricadas con dos electrodos sólidos (grafito y un óxido metálico de litio en el caso de las baterías de iones de litio) y un electrolito líquido, junto con separadores, membranas y otros elementos que añaden costes. Durante los ciclos de carga y descarga, a medida que los iones del electrolito fluyen hacia y desde los electrodos, los materiales sólidos se expanden y contraen. Los cambios de volumen repetidos rompen las partículas con el tiempo, lo que hace que la capacidad de la batería se desvanezca.

La batería de metal líquido de Ambri consta de tres capas líquidas apiladas según su densidad. El más denso, un cátodo de antimonio fundido, está en la parte inferior, el ánodo de aleación ligera de calcio está en la parte superior y el electrolito de sal de cloruro de calcio de densidad intermedia se encuentra en el medio. "Piense en el aceite de ensalada y el vinagre", dice Sadoway, "excepto que aquí hay tres capas y se separan porque son inmiscibles".

El diseño de metal líquido requiere menos componentes y la química se basa en aleaciones, por lo que no hay descomposición del material sólido, dice Sadoway. Durante la descarga, el ánodo de calcio libera iones de calcio que se mueven a través del electrolito hasta el cátodo, donde forman una aleación de calcio y antimonio. El proceso se invierte durante la carga. "No hay membrana ni separador", dice Sadoway. "Todos estos elementos de simplicidad encajan con la resiliencia".

Cuando IEEE Spectrum cubrió Ambri por primera vez hace 10 años, la compañía estaba jugando con litio o magnesio como ánodo. El cambio al calcio fue para mantener los costos bajos, dice Sadoway.

Sin embargo, una desventaja de la novedosa química de la batería ha sido el largo camino hasta su implementación. "Cuando iniciamos el viaje hacia la comercialización, no había nadie en quien confiar", dice Sadoway. “Todos los fantásticos avances que se han logrado en la fabricación de iones de litio son prácticamente inaplicables en este caso. La química es diferente, el factor de forma es diferente. Así que tuvimos que inventarlo todo, incluida la maquinaria de fabricación”.

La compañía ahora tiene un gran pedido de baterías de Microsoft, que quiere alejarse de los generadores diésel como fuentes de energía de respaldo en sus centros de datos. Microsoft probó la batería de Ambri el año pasado.

“Esto debería durar 20 años y aún conservar el 95 por ciento de su capacidad. Lo invitaría a buscar a alguien que tenga una batería de iones de litio operativa de 20 años”.—Donald Sadoway, cofundador de Ambri

A medida que Ambri crezca, tendrá que garantizar un suministro constante de antimonio. Según Investor Intel, casi el 90 por ciento del antimonio del mundo proviene hoy de China, Rusia y Tayikistán. En agosto de 2021, Ambri firmó un acuerdo de suministro con Perpetua Resources, uno de los pocos productores estadounidenses de antimonio.

Molten Metals Corp., una empresa canadiense de exploración de minerales, también se dedica a la producción de antimonio en América del Norte. La empresa tiene derechos minerales sobre una mina de antimonio en Nueva Escocia que ha estado abandonada desde la década de 1960. El representante de Molten Metals, Brooklyn Reed, dice que la compañía está trabajando con los propietarios existentes para reiniciar las operaciones mineras.

“Hay antimonio en América del Norte; No sólo se encuentra en China”, dice Sadoway. “No se siguen buscando más recursos si se han satisfecho las necesidades del mercado. Podemos satisfacer la necesidad de antimonio por ahora y la oferta podría seguir el ritmo del crecimiento. A medida que esas necesidades crecen, podemos pasar a buscar fuentes mayores. No pedimos más de lo que está disponible en la corteza terrestre”.