Se informa de avances en baterías de protones con hidrógeno verde

Jun 15, 2023

Las nuevas baterías de protones pueden alimentar pequeños ventiladores azules hoy y vehículos eléctricos mañana, si todo va según lo planeado.

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Los fanáticos del hidrógeno verde tienen otro motivo para alegrarse, en forma de nuevas baterías de protones que almacenan electricidad en electrodos de carbón hidrogenado. Un equipo de investigación de la Universidad RMIT de Australia ha estado perfeccionando su tecnología de baterías de protones durante los últimos cinco años en colaboración con un proveedor automotriz líder a nivel mundial. Tienen otro avance que informar y nuevas baterías para vehículos eléctricos podrían estar en la mezcla.

La investigación del RMIT llamó la atención del Foro Económico Mundial en 2018, que se entusiasmó por el potencial de las baterías de protones para superar a la tecnología de iones de litio.

“La batería de protones RMIT se puede conectar a un puerto de carga como cualquier otra batería recargable. Lo que sucede a continuación es notablemente simple: la electricidad de la fuente de alimentación divide las moléculas de agua, generando protones que se unen al carbono en el electrodo de la batería”, observó con entusiasmo el WEF.

La división del agua podría haber parecido notable hace cinco años, cuando el mercado mundial del hidrógeno verde era sólo un brillo en los ojos de alguien, pero las cosas han cambiado desde entonces.

El hidrógeno verde se produce a partir del agua mediante electrólisis, que utiliza electricidad a partir de recursos renovables para “dividir” el agua. Tanto la energía eólica como la solar han bajado de costo desde 2018, al igual que el costo de los sistemas de electrólisis, lo que explica por qué el hidrógeno verde ha estado recibiendo más atención por parte de los inversores en los años transcurridos desde 2018.

La conexión entre las baterías de hidrógeno y de protones es bastante sencilla. Un átomo de hidrógeno consta de un protón cargado positivamente y un electrón cargado negativamente. Si el átomo de hidrógeno de alguna manera logra perder su electrón, se le deja vagar por el universo como un protón.

Como lo describe RMIT, almacenar hidrógeno en un electrodo de carbón hidrogenado ahorra energía, en comparación con la producción de gas hidrógeno verde. La alternativa sería almacenar el hidrógeno a alta presión para utilizarlo en una pila de combustible de hidrógeno.

En términos generales, los sistemas de electrólisis son lo opuesto a las pilas de combustible, por lo que no sorprende descubrir que las baterías de protones se descargan a través de pilas de combustible, pero sin el paso de almacenamiento de absorción de energía que implican las pilas de combustible de hidrógeno.

Como explicó el investigador principal del equipo RMIT, el profesor John Andrews, durante el ciclo de descarga, las baterías de protones liberan sus protones del electrodo de carbono. Pasan a través de una membrana para encontrarse con el oxígeno del aire ambiente. La reacción produce agua y energía.

"Nuestra batería de protones tiene pérdidas mucho menores que los sistemas de hidrógeno convencionales, lo que la hace directamente comparable a las baterías de iones de litio en términos de eficiencia energética", añade Andrews (consulte más cobertura sobre baterías de protones de CleanTechnica aquí).

El equipo de RMIT ha estado colaborando en su proyecto de investigación de baterías de protones con el principal proveedor italiano de repuestos para automóviles, Eldor Group, desde 2018 y la colaboración se ha ampliado por otros dos años.

Eldor es más conocido por su trabajo en el lado convencional de la industria automotriz, pero está muy cerca de la electrificación y la descarbonización, además de mantener un enfoque en mejorar la eficiencia de los vehículos ICE.

Si Eldor apuesta por baterías de protones para alimentar los vehículos eléctricos del futuro, es posible que tenga que esperar mucho tiempo. Hasta ahora, la colaboración con RMIT ha dado como resultado una batería de protones que puede "alimentar varios ventiladores pequeños y una luz durante varios minutos".

Eso no parece mucho, pero la recompensa podría ser enorme en términos de menores costos de las baterías de los vehículos eléctricos y uso sostenible de los recursos naturales, en comparación con las baterías convencionales de iones de litio para vehículos eléctricos. Después de todo, el carbono está prácticamente en todas partes, pero el litio no.

En una actualización del proyecto del 27 de julio, RMIT señaló que la capacidad de almacenamiento de su nuevo prototipo pesa 2,2% en peso de hidrógeno (el% en peso se refiere a la medición del almacenamiento de hidrógeno en un material). Eso era casi el triple de la capacidad de su prototipo inicial hace cinco años.

Según RMIT, el nuevo prototipo también superó a otros sistemas electroquímicos de almacenamiento de hidrógeno, alcanzando más del doble de la capacidad informada por otros.

Las mejoras con respecto al prototipo de 2018 se detallan en el estudio “Mejora del rendimiento de una batería de protones”, publicado en el Journal of Power Sources en septiembre pasado. Entre otros ajustes, el equipo desarrolló un modo alternativo de descargar baterías de protones para permitir la generación directa de gas hidrógeno.

"Nuestra batería tiene una energía por unidad de masa que ya es comparable a la de las baterías de iones de litio disponibles comercialmente, y al mismo tiempo es mucho más segura y mejor para el planeta en términos de extracción de menos recursos del suelo", enfatiza Andrews, al tiempo que toma nota de la capacidad de carga rápida de la batería.

Si todo va según lo planeado, los próximos pasos implicarán pasar de vatios a kilovatios y, finalmente, a megavatios. La colaboración tiene como objetivo una variedad de aplicaciones que incluyen vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a escala de servicios públicos.

Si todo esto empieza a sonarle, es posible que esté pensando en un nuevo proyecto de batería de zinc de la Universidad Estatal de Oregón. La batería de zinc de OSU integra un sistema de generación de hidrógeno como medio para eliminar una reacción parásita en las baterías de zinc convencionales y darle un buen uso.

Otro ejemplo de tecnología de batería más hidrógeno en funcionamiento es una batería de flujo de hidrógeno-hierro que está desarrollando la empresa Proton Energy Systems. La compañía recibió ayuda desde 2010 hasta 2020 de ARPA-E, la oficina de inversión de vanguardia del Departamento de Energía de EE. UU.

"Este dispositivo de doble propósito se puede recargar utilizando electricidad de la red renovable y almacenar el hidrógeno o funcionar a la inversa, como una batería de celda de flujo, cuando se necesita electricidad", explica ARPA-E.

A partir de la última actualización de 2020, ARPA-E anticipó que el equipo de Proton Energy Systems desarrollaría catalizadores de bajo costo pero altamente eficientes para lograr una eficiencia del 80% o más. "Al operar con eficiencias mucho más altas que los electrolizadores tradicionales, esta tecnología podría ofrecer múltiples flujos de valor, permitiendo así una adopción generalizada del almacenamiento distribuido y el abastecimiento de hidrógeno", señaló ARPA-E.

Si tiene una actualización sobre ese proyecto, envíenos una nota en el hilo de comentarios. Mientras tanto, ARPA-E ya está trabajando en el próximo gran avance: una nueva membrana de óxido conductor de protones que se está desarrollando en Columbia Engineering.

"La naturaleza disruptiva de esta tecnología se basa en la investigación de materiales para hacer que estas membranas de óxido sean realmente delgadas (de dos a cuatro órdenes de magnitud más delgadas que las membranas convencionales) y así reducir su resistencia en aproximadamente un orden de magnitud", señaló la escuela el año pasado, cuando El proyecto recibió 3,4 millones de dólares de financiación de ARPA-E.

"Estos avances lograrían aumentos radicales en la densidad de corriente y la eficiencia general en la generación de hidrógeno, en comparación con los electrolizadores de membrana de electrolitos poliméricos comerciales actuales", agregaron.

Una vez que la nueva membrana se pruebe en el laboratorio, las empresas Forge Nano y Nel Hydrogen están listas para integrarla en un electrolizador y ampliar la tecnología rápidamente, así que estad atentos para obtener más información al respecto.

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Foto: Se demostró que las baterías de protones proporcionan energía con cero emisiones para pequeños ventiladores (cortesía de la Universidad RMIT).

Tina se especializa en sostenibilidad militar y corporativa, tecnología avanzada, materiales emergentes, biocombustibles y cuestiones de agua y aguas residuales. Las opiniones expresadas son suyas. Síguela en Twitter @TinaMCasey y Spoutible.

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