La extraña tierra rara que es la clave para almacenar energía solar

Comprender por qué las baterías de flujo que usan cerio metálico en un electrolito de ácido sulfúrico tienen un voltaje insuficiente podría allanar el camino para una mejor química de la batería.

La extraña tierra rara que es la clave para almacenar energía solar

Raro y extraño. El cerio, uno de los 17 elementos de tierras raras, sigue sorprendiendo por algunas de sus propiedades inexplicables, pero que podrían ayudar a los investigadores a lograr nuevos avances científicos.

Tomemos el caso de las baterías de flujo que utilizan cerio metálico en un electrolito de ácido sulfúrico. El problema con este tipo de batería es el voltaje insuficiente.

Primero, las baterías de flujo son baterías con el electrolito en tanques externos, que pueden almacenar grandes cantidades de energía y por lo tanto son ideales para el almacenamiento de fuentes intermitentes de electricidad renovable, como la energía solar y eólica.

Más energía y a bajo coste

Por otro lado, el metal cerio podría almacenar energía a un voltaje relativamente alto, lo que significa más energía por ion metálico y de bajo costo. Sin embargo, uno de los desafíos no resueltos con el cerio es descubrir cómo transferir cargas eléctricas hacia y desde el electrodo de manera eficiente. En su camino a través del electrodo positivo, el cerio recoge o libera un electrón, dependiendo de si la batería se está cargando o descargando.

El cerio en un electrolito de ácido sulfúrico no capta ni libera el electrón tan rápido como se esperaba, lo que significa que se desperdicia energía. Se ha encontrado que las moléculas de agua y las moléculas de sulfato hacen un baile complicado alrededor del cerio y así se pierde energía.

¿Cómo se comportan los iones de cerio?

Y aquí es donde entra en juego un team de investigadores de la Universidad de Michigan (Estados Unidos), que intentan entender cómo se comportan los iones de cerio en electrolitos ácidos durante la transferencia de carga. Esta comprensión ayudará a los ingenieros a diseñar baterías a base de cerio más eficientes, con una menor pérdida de voltaje durante la carga y descarga.

Lo que los investigadores estadounidenses han descubierto hasta ahora es que cuando al cerio le faltan tres electrones, está rodeado solo por moléculas de agua, mientras que cuando entrega ese cuarto electrón, los iones de sulfato o bisulfato cuelgan del ion de cerio. En consecuencia, cuando se oxida quitándole ese electrón o lo reducimos devolviéndole el electrón, debe producirse una transferencia de electrones y las moléculas que lo rodean deben reorganizarse.

Se abren nuevas vías para el almacenamiento de energía de red

La complejación desigual entre las formas oxidada y reducida de cerio provoca una desaceleración en la velocidad de reacción, y este conocimiento dará forma a las estrategias de diseño de electrolitos para cerio u otras baterías de flujo similares.

La conclusión de estos estudios es que se están abriendo nuevas vías en el almacenamiento de energía a escala industrial, pero no solo… Este descubrimiento también podría mejorar otros procesos químicos que dependen del cerio, como la producción de productos a base de carbono y la descontaminación de aguas residuales.

Todo el trabajo de investigación ha sido publicado en la revista JACS Au, de la American Chemical Society.

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