Esta es la segunda parte de una serie de artículos del analista de tecnología de IDTechEx, Daniele Gatti, sobre el tema de las baterías de flujo redox. ¿Qué hay en el mercado de almacenamiento de energía además de las baterías de iones de litio?

En la primera parte de esta serie de artículos, se ha proporcionado una visión general de las características de las baterías de flujo, extrapolada del reciente informe de IDTechEx "Batería de flujo redox 2020-2030: Previsión, desafíos, oportunidades". En este segundo artículo, un análisis más detallado de las diferentes químicas mostrará las principales tecnologías RFB disponibles actualmente o en desarrollo, comenzando por las más adoptadas e investigadas Baterías de Flujo de Redox (RFB), las Baterías de Flujo de Redox de Vanadio (VRFB).

Inicialmente estudiadas por la NASA, y desarrolladas posteriormente en los años 80 por el grupo de investigación dirigido por Maria Skyllas-Kazacos en Nueva Gales del Sur en Australia, las Vanadium redox flow battery (VRFB) son hoy en día la tecnología más estudiada y fabricada dentro de la tecnología de las baterías de flujo redox. Además de los diferentes tipos de RFB, la tecnología del vanadio (y de manera similar la RFB totalmente de hierro) emplea la misma especie electroactiva (vanadio) en ambos electrolitos, con diferentes estados de oxidación. Las siguientes reacciones tienen lugar durante la carga y descarga de los VRFBs:

Figura 1. Lado derecho - Reacción química que tiene lugar en el ánodo y en la interfaz del cátodo. Lado izquierdo - Diferentes colores del electrolito de Vanadio debido a los diferentes estados de oxidación.

La baja eficiencia de ida y vuelta y el alto coste del vanadio (que afecta directamente el coste del electrolito) son dos de los principales inconvenientes de los VRFBs. El electrolito por sí solo representa entre el 30% y el 40% del coste total de la tecnología. Para reducir el efecto del coste del vanadio en el sistema general, un número creciente de empresas comenzó a colaborar con empresas de minería de vanadio. El objetivo de las colaboraciones es mejorar el rendimiento del electrolito de vanadio aumentando la concentración de vanadio (moles de vanadio por litro de electrolito). Esto permitiría alcanzar la mayor densidad de energía de la batería y la reducción del coste.

De acuerdo con la investigación realizada por IDTechEx, quedó claro que algunas empresas mineras están interesadas en la tecnología VRFB. Este es el caso de la empresa minera sudafricana Bushveld Minerals. Bushveld Minerals está de hecho promoviendo activamente la adopción de la batería de flujo de vanadio en toda África. Fuera de los países africanos, Bushveld respaldó la fusión de dos fabricantes de VRFB (la inglesa redT y la estadounidense Avalon Battery), y en 2019 anunció la adquisición de una participación constante en Enerox-CellCube, anteriormente conocida como Gildemeister AG.

Aunque la tecnología del vanadio dominó el escenario de las baterías de flujo, en los últimos años un número creciente de otras baterías de flujo redox están poblando el mercado.

Baterías de flujo redox de zinc y bromo (ZBB):
Además de las baterías de flujo de Vanadio, la tecnología de zinc-bromo es la segunda en el rango de las tecnologías adoptadas.
Técnicamente diferentes de las VRFB, las ZBB se basan en un electrodo de zinc sólido y un electrolito de bromo líquido, lo que da a esta tecnología una mayor densidad de energía que las VRFB.
Con el Redflow australiano y el Primus americano dominando el escenario, esta tecnología está adquiriendo lentamente (pero no demasiado lentamente) su cuota en el mercado de las baterías de flujo.

Baterías de Flujo de Redox totalmente de hierro (Fe-RFB):
Desarrolladas por la empresa americana ESS Inc., las prometedoras baterías de flujo de redox totalmente de hierro se caracterizan por el uso del hierro como especie electroactiva en ambos electrolitos (católito y anólito). El electrolito de hierro de bajo coste aporta una gran ventaja en términos de coste; aunque otras limitaciones, como la evolución del hidrógeno, afectan a este tipo de baterías.

Baterías de flujo de redoblante orgánico (ORFB):
Otro tipo de batería de flujo presente en la escena son las baterías de flujo orgánico, técnicamente similares a las VRFB, pero que emplean un electrolito orgánico.

Mientras que las baterías de flujo de vanadio emplean un electrolito inorgánico, basado en sales de vanadio, las ORFB - o a veces llamadas "Batería de flujo sin metal" - están basadas en electrolitos orgánicos como la quinona, la piridina o las moléculas "TEMPO" (2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi).

Aunque se están acercando al mercado, diferentes compañías están desarrollando este tipo de baterías de flujo, incluyendo German Jena Batteries, y la francesa Kemiwatt entre otras.

Además, actualmente se están llevando a cabo los proyectos europeos HIGREEW para el desarrollo de ORFB.

Otras tecnologías
La batería de flujo de hidrógeno-bromo es una de las futuras baterías de flujo redox que se aproximan al mercado. Detrás del desarrollo de esta tecnología la empresa holandesa Elestor, que en 2019 recibió una inversión multimillonaria del conglomerado holandés Koolen Industries, además de la EIT Innoenergy, ya un temprano inversor en Elestor. Además, la empresa participa en el proyecto europeo MELODY, relacionado con el desarrollo de una tecnología de baterías de flujo redox sostenible que puede reducir eficazmente los costes de almacenamiento de electricidad para apoyar a gran escala.

El aumento de la química de las baterías de flujo redox está aumentando la competencia, además del interés en esta tecnología. Como se destaca en el informe de IDTechEx, se espera una CAGR de aproximadamente el 30% en los próximos 10 años, aunque la creciente adopción de energías renovables y políticas verdes hacia la reducción de contaminantes, podría traer una mayor adopción de esta tecnología.