La alternatva de las baterías de flujo redox

El mercado de las baterías de flujo redox, aunque menos conocido que el de las baterías convencionales de litio o las de estado sólido, está cobrando impulso como una alternativa robusta y viable en el almacenamiento de energía a gran escala a largo plazo. Con un crecimiento proyectado a una tasa compuesta anual del 19.9% hasta 2030, estas baterías prometen transformar tanto el almacenamiento de energía renovable como la estabilidad de las redes eléctricas​. Íñigo Careaga, responsable de Estrategia de CIC energiGUNE recoge esta tendencia en un artículo.

No en vano, se espera que para el año 2030 solo el mercado asociado a esta tecnología alcance un valor de más de 700 millones de euros a nivel mundial. Todo ello, impulsado principalmente por el encaje y atractivo que esta tecnología tiene para su uso en aplicaciones e industrias estratégicas del futuro de la transición energética como las asociadas a las energías renovables.

Todo ello, gracias a que las baterías de flujo redox son especialmente adecuadas para el almacenamiento de energía procedente de fuentes renovables como el sol y el viento, que son intermitentes por naturaleza. Su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía durante períodos prolongados sin degradación significativa de la capacidad, les permite compensar la variabilidad de estas fuentes de energía. Además, pueden liberar energía durante los picos de demanda, lo que facilita una integración más eficiente de las energías renovables en la red eléctrica.

Pero, además de ello, se espera que estas baterías también jueguen un papel crítico en otros usos como por ejemplo la estabilización de la red eléctrica, al permitir la regulación de la calidad de la energía y la mitigación de las fluctuaciones de voltaje. Esto supone un factor crucial de cara a prevenir apagones y asegurar un suministro de energía constante y fiable. Estas características son también las que las posicionan como una alternativa realmente atractiva para otras aplicaciones como los centros de datos y telecomunicaciones, en claro auge dentro de la sociedad cada vez más digitalizada en la que vivimos.

Distintas alternativas con diferentes grados de madurez.

Tal y como se ha detallado en anteriores entradas de nuestro blog, una batería de flujo redox es un tipo de batería recargable en la que la energía se almacena en dos soluciones líquidas de electrolitos, las cuales circulan a través de un sistema dividido por una membrana. La energía se genera por la reducción y oxidación de estos electrolitos a medida que pasan por celdas electroquímicas durante los procesos de carga y descarga. La característica distintiva de estas baterías es que el electrolito, donde se almacena la energía, está separado del reactor o celda electroquímica, permitiendo que puedan manejar grandes cantidades de energía durante períodos prolongados de tiempo.

A partir de este concepto, y como ocurre con otras tecnologías de almacenamiento electroquímico, cuando hablamos de baterías de flujo redox no hacemos referencia únicamente a una única tipología. En esta alternativa se engloban diferentes enfoques que emplean diferentes materiales como base para su desarrollo.

Actualmente, las baterías de flujo redox de vanadio son probablemente la solución más madura en el mercado. Cuentan con una alta durabilidad y estabilidad, pudiendo ser recargadas y descargadas de forma simultanea y sin que su capacidad disminuya con el tiempo. Esto las hace ideales para aplicaciones de almacenamiento energético a gran escala, como la gestión de energía renovable y la estabilización de la red eléctrica.

También con un alto grado de madurez, encontramos los enfoques basados en zinc y bromo. Suponen una solución que presenta incluso mayor densidad que las baterías basadas en vanadio (70-90 Wh/kg vs 15-25 Wh/kg) con un coste competitivo, aunque su gran reto todavía se sitúa en la formación de dendritas. Sobre todo, su potencial y atractivo se observa de cara a su uso en sistemas de mediana escala, como los empleados en ciertas aplicaciones industriales y comerciales.

Junto a estas dos tecnologías, encontramos también otras alternativas menos maduras pero que cada vez están atrayendo más atención. Es el caso de las baterías de flujo redox de hierro, cuyo menor costo y mayor sostenibilidad las posicionan como otra posible solución atractiva. En menor grado de madurez, también encontramos otras soluciones como las basadas en compuestos orgánicos de quinonas, las cuales son abundantes lo que permitiría soluciones accesibles desde un punto de vista de coste. De igual manera, las tecnologías basadas en zinc y en combinaciones de hidrógeno y bromo son algunas de las otras aproximaciones que se están dando dentro de la ciencia de cara a asentar las tecnologías de flujo redox.

Desafíos clave en el camino

A pesar del notable potencial de las baterías de flujo redox para revolucionar el almacenamiento de energía a gran escala y su integración con fuentes renovables, todavía existen varios desafíos en los que la industria está ya trabajando para maximizar su impacto y viabilidad a largo plazo.

El principal, a día de hoy y como ya se intuye de lo detallado anteriormente, es la industrialización eficiente de sus procesos de fabricación. Aunque tecnologías como la de vanadio están relativamente avanzadas, la producción a gran escala sigue siendo un obstáculo. La construcción de instalaciones de fabricación que puedan producir estas baterías de manera económica y con los estándares de calidad necesarios es crucial. Además, el escalado debe hacerse sin comprometer la eficiencia y la durabilidad de las baterías, aspectos que son esenciales para su aceptación en el mercado.

Por otro lado, está también la optimización tecnológica. La mejora continua de la eficiencia y capacidad de las baterías de flujo redox es otro desafío importante. Mientras que la densidad energética de algunas soluciones actuales como las basadas en vanadio es adecuada para ciertas aplicaciones, es crucial incrementar esta densidad en todas las alternativas anteriormente mencionadas para que sean competitivas realmente en el mercado.

Asimismo, la gestión del calor y la minimización de la pérdida de energía durante los ciclos de carga y descarga son áreas que requieren innovaciones técnicas significativas. A todo ello hay que añadirle la competitividad en costo, algo en lo que se sigue trabajando a través de áreas como la mejora en la vida útil.

Finalmente, otro aspecto clave es la integración de las baterías de flujo redox en las redes eléctricas existentes y las nuevas infraestructuras de energía renovable, lo cual todavía presenta desafíos tanto técnicos como regulatorios. La regulación adecuada que pueda acompañar la innovación tecnológica será crucial para facilitar la implementación a gran escala de estas soluciones. Además, las baterías deben demostrar su capacidad para operar de manera segura y efectiva en diferentes entornos y condiciones climáticas.

En definitiva, como puede apreciarse, todavía existen grandes retos a los que hacer frente donde el trabajo realizado por centros de investigación como CIC energiGUNE es vital. Sobre todo, de cara a asegurar el despliegue de una tecnología que puede suponer añadir un eslabón más en la cadena hacia un futuro más verde y sostenible.

Con la continua innovación y expansión de su mercado, las baterías de flujo redox podrían desempeñar un papel transformador en el almacenamiento de energía a nivel global, apoyando la transición hacia un futuro energético más limpio y más estable.