CIC energiGUNE y sus colaboradores en el Elkartek CICe2020 avanzan en el desarrollo de materiales para tecnologías de almacenamiento de energía alternativas a las baterías de litio-ion

Parque Tecnológico de Álava

Este trabajo de investigación, liderado desde el centro vasco, cuenta con la participación de cuatro centros de BRTA (Tecnalia, Tekniker, Ikerlan y Cidetec), junto a las universidades UPV/EHU y Mondragon Unibertsitatea, y el centro BERC Polymat

El proyecto CICe2020 tenía como objetivo central y prioritario la investigación en materiales que permitan generar conocimiento para su integración en sistemas de almacenamiento de energía que sirvan de apoyo en el proceso de transición energética global en curso

Esta colaboración ha dado como resultado avances relevantes en el desarrollo de alternativas sostenibles a las baterías de litio-ion, como las baterías de sodio, metal-aire y flujo redox y en la mejora de las tecnologías ligadas al almacenamiento térmico

CIC energiGUNE, centro de investigación vasco referente en almacenamiento de energía, y especializado en baterías, soluciones de energía térmica y tecnologías del hidrógeno, y miembro de Basque Research & Technology Alliance-BRTA, ha obtenido importantes resultados en colaboración, en cuatro prometedoras líneas de investigación vinculadas a la superación del marco actual de las tecnologías de almacenamiento de energía electroquímico y térmico, que facilitarán el proceso de transición energética global. La labor se ha desarrollado en el marco del proyecto CICe2020, incluido en la convocatoria Elkartek 2020 del Gobierno Vasco para impulsar la Investigación Colaborativa, y se ha centrado en dos grandes objetivos: ofrecer distintas alternativas tecnológicas más sostenibles que las baterías litio-ion para almacenamiento estacionario y mejorar las actuales tecnologías de almacenamiento térmico.

El proyecto Elkartek CICe2020 ha estado liderado por CIC energiGUNE, como centro de referencia en almacenamiento de energía, y ha contado con la participación de otros cuatro centros de BRTA (Tecnalia, Tekniker, Ikerlan y Cidetec), junto a las universidades UPV/EHU y Mondragon Unibertsitatea, y el centro BERC Polymat.

“Los resultados de este proyecto nos ratifican en que, en el medio plazo, la industria vasca va a ser capaz de desarrollar e industrializar productos disruptivos relacionados con el almacenamiento estacionario”, ha asegurado Montse Casas, coordinadora científica de CIC energiGUNE. “Además, ha puesto de manifiesto la gran capacidad del ecosistema vasco, ya que en su desarrollo hemos colaborado ocho entidades vascas, de las cuales cinco formamos parte del BRTA”.

El trabajo ha dado lugar a 4 avances importantes, con resultados innovadores. De ellos, tres corresponden a la búsqueda de una alternativa eficiente a la actual tecnología de baterías litio-ion, que es la opción dominante en el mercado internacional y que “esconde diversos retos tecnológicos, económicos y medioambientales que chocan con los objetivos de desarrollo europeos”, han recordado desde el centro vasco.

En este sentido, las tres líneas de investigación aplicadas al sector estacionario dentro de CICe2020 han sido: investigación en materiales y análisis de su comportamiento para baterías de sodio; desarrollo de materiales para las baterías de metal-aire; e investigación sobre una nueva generación de baterías de flujo-redox basadas en un electrolito orgánico acuoso.

En lo que se refiere a la investigación sobre las baterías de sodio-ion, la labor se ha centrado en el desarrollo de nuevos materiales (ánodos, cátodos y electrolitos) con el objetivo de mejorar el rendimiento electroquímico de este tipo de baterías, así como el control y optimización del procesado y prototipado de celdas fabricadas con estos materiales. De manera concreta, en los laboratorios de CIC energiGUNE se han obtenido resultados muy relevantes, como la mejora de la densidad de energía en hasta un 20% y el procesado a gran escala de un cátodo y ánodo de sodio en su etapa inmediatamente previa a la industrialización.

La segunda línea de investigación en el marco de CICe2020, por su parte, ha abierto la puerta al desarrollo de tecnologías de almacenamiento estacionario basadas en la aplicación del oxígeno (baterías metal-aire) por su elevada densidad de energía y, especialmente, por sus ventajas desde el punto de vista ambiental y de utilización de recursos, dando lugar a la obtención de cátodos y al desarrollo de un electrolito inocuo. Los estudios han obtenido notables avances tanto en la combinación sodio-aire como en el formato zinc-aire.

En lo que a zinc-aire se refiere, se ha desarrollado un sistema con propiedades electroquímicas muy prometedoras. Este avance ha sido resultado de la optimización de formulaciones -ánodo y cátodo- y de la correcta selección de materiales. En comparación con la tecnología más utilizada en este campo, la de plomo ácido, la alternativa zinc-aire presenta unas características medioambientales mejores.

La tercera línea de investigación dentro del almacenamiento electroquímico se corresponde con el desarrollo de una nueva generación de baterías de flujo basadas en un electrolito orgánico acuoso. En este sentido, se han desarrollado varios materiales activos orgánicos que pueden sustituir al vanadio -elemento de uso más extendido en este tipo de baterías-. Además, se ha trabajado en el desarrollo conjunto de los componentes del módulo de potencia, principalmente membranas y electrodos que posibiliten la implantación de esos materiales orgánicos. Como resultado, se ha obtenido un electrolito que combina altas densidades de energía sin comprometer su estabilidad y que abre paso a una nueva generación de baterías de flujo.

Avances en almacenamiento térmico

La cuarta línea de investigación del proyecto Elkartek CICe2020 se ha centrado específicamente en las tecnologías de almacenamiento térmico, partiendo de la base de que los sectores de generación de electricidad y de generación de calor y frío juegan un papel muy relevante en la transformación hacia una economía descarbonizada.

El principal desafío en este ámbito ha sido la generación de un sistema versátil, con menor coste y mayor densidad de almacenamiento, dando lugar a sistemas hasta 3 veces más compactos que los convencionales. Estos retos han sido abordados a través de la selección de Cristales Plásticos como base de desarrollo del proyecto. Estos materiales presentan una enorme densidad energética, además de poder combinarse para ajustar su temperatura de trabajo a la requerida por el sistema. Los materiales de cambio de fase sólido-sólido y el desarrollo de nuevos recubrimientos permiten a su vez prescindir de intercambiadores de calor, reduciendo costes.

Tras el trabajo realizado, se ha podido descifrar el mecanismo de subenfriamiento de los Cristales Plásticos, así como reducir este efecto y aumentar así su conductividad térmica, lo que permite afrontar con buenas perspectivas sus aplicaciones prácticas. De hecho, la labor realizada en este ámbito aspira a abrir la puerta a una nueva generación de materiales de cambio de fase sólido-sólido para almacenamiento térmico, que contribuyan al desarrollo futuro de nuevos sistemas de almacenamiento térmico para bombas de calor domésticas o industriales, y de esta manera, avanzar en la electrificación del calor. Como consecuencia, se reducirá drásticamente el volumen de los tanques de almacenamiento y de sus costes de inversión.