Baterías de flujo de protones. Un híbrido entre baterías y pilas de combustible

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Los que no se decantan por el hidrógeno ni por las baterías tienen una nueva opción por la que apostar, las baterías de flujo de protones. Almacenar energía generando hidrógeno en una batería de protones. Un nuevo concepto que pretende sacar lo mejor de las baterías electroquímicas y de las pilas de combustible.

Según sus creadores el sistema es seguro, ya que genera el hidrógeno in situ y lo almacena en forma solida hasta que se requiere a la batería la electricidad que se ha utilizado para generarlo, necesitando tan solo agua en el proceso.

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La universidad australiana RMIT ha presentado un nuevo concepto de batería basado en el almacenamiento de protones (hidrógeno) producidos por la separación de los átomos de la molécula de agua. Una pila de combustible reversible que almacena los protones en un electrodo sólido. Una batería que requiere un suministro de agua y que expulsa aire al descargarse, el sistema se llama “batería de flujo de protones”.

La batería de flujo de protones elimina la necesidad de  producir, almacenar y distribuir el hidrógeno. Durante la recarga se utiliza electricidad para generar protones a partir de la separación del agua, estos son directamente combinados con electrones y partículas metálicas en un electrodo de la celda de combustible. El nuevo concepto integra un electrodo de un hidruro metálico y una membrana de intercambio de protones de nafión en una celda de combustible reversible. 

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Para recuperar la energía eléctrica el proceso se invierte, pasando las baterías de flujo de protones a funcionar a modo de pila de combustible. Combinando el hidrogeno con oxígeno del aire se forma agua y se liberan electrones.

Sus creadores, que han publicados los resultados en la revista International Journal of Hydrogen Energy, descubrieron que, en principio, la eficiencia energética de este tipo de batería podría ser tan alta como la de una batería de ion litio, mientras que puede almacenar más energía por peso y por unidad de volumen.

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Los autores de este trabajo apuntan que “se ha medido que su capacidad de almacenar hidrógeno es de un 0,6%, y posteriormente la cantidad de hidrógeno recuperado al hacer funcionar la batería en modo celda de combustible es ligeramente inferior. Este resultado indica que es técnicamente posible hacer funcionar el sistema como una batería de flujo de protones, ahora es necesario mejorar la capacidad de almacenaje y la reversibilidad.”

Las baterías de flujo de protones combinan lo mejor de la pila de hidrógeno y lo mejor de las baterías electroquímicas. “Utilizar protones para hacer funcionar las baterías es mucho más barato que utilizar litio, que además de ser escaso tiene que ser extraído en forma de mineral y purificado. El hidrógeno tiene un gran potencial como fuente limpia de energía y esta investigación adelanta la posibilidad de darle un uso en electrónica de consumo, almacenamiento en red o vehículos eléctricos.”

Fuente | RMIT



Energias renovables

11 Comment responses

  1. Avatar
    January 28, 2014

    Suena bien y realmente sería interesante si mejora a las baterías normales y no requiere recargar el hidrógeno, con lo cual mantiene las ventajas de un eléctrico puro y mejora en el punto fuerte del hidrógeno que es la autonomía, además parece que con eficiencia alta… veremos el coste final, lo que no me gusta nada es que comienza el artículo alabando su seguridad, mal me huele…

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      January 28, 2014

      jeje, si te sirve a consuelo ellos no hacen hincapié en la seguridad, pero es algo inherente del almacenamiento de H2 en forma de hidruros, por eso lo he añadido.
      Lo que queda por saber es la velocidad de absorción/desorción y si realmente ese 0,6% es suficiente para igualar o superar a una pila de litio, aunque eso dependerá del tipo de hidruro utilizado (estoy a ver si consigo acceso al articulo).
      Lo próximo que se puede augurar es usar nanotubos de carbono en vez de hidruros para el almacenamiento del hidrógeno. Esta tecnología tiene potencial.
      Saludos

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  2. Avatar
    January 28, 2014

    No acabo de entender donde esta la novedad.
    ” Durante la recarga se utiliza electricidad para generar protones a partir de la separación del agua, estos son directamente combinados con electrones y partículas metálicas en un electrodo de la celda de combustible.”
    Me parece que esto no es mas que una forma rebuscada de referirse a la Electrolisis del Agua.

    Es decir, el sistema hace la electrolisis del agua para obtener hidrogeno. Almacena esta hidrogeno en forma de Hidruros metalicos, y luego “quema” ese hidrogeno en una celda de combustible para obtener electricidad.

    Lo unico que veo novedoso es el nombre de “bateria de flujo de protones” al electrolizador de toda la vida.

    Tampoco veo que esta tecnologia permite aprovechar las ventajas de las baterias y de los celdas de combustible… es mas creo que tiene los inconvenientes de ambos.
    La campacidad de almacenamiento de hidrogeno de los hidruros metalicos es muy baja. en el articulo se da el valor del 0,6%. Para que los coche de hidrogeno fuese viable se tiene que tener un sistema de almacenamiento en el que mas del 6% del peso sea hidrogeno. El almacenamiento de hidrogeno en forma de hidruros metalicos es una tecnologia que esta practicamente descartada porque esta muy lejos de conseguir las densidades energeticas necesarias.
    Si se multiplica el poder calorifico del hidrogeno,(33Kwh/kg) por esos 0,6%. obtenemos un valor de unos 200Wh/kg, que es similar al de las baterias de ion litio comerciales. Pero hay que tener en cuenta, que solo se refiere a una parte del sistema, hay que sumar el resto de los componentes. Ademas esto es la energia del hidrogeno… o la energia electrica que se puede extraer. Como las celdas de combustible tienen un rendimiento entorno al 50% se quedarian en unos 70Wh/kg… No es cierto que puedan acumular mas energias que las baterias de ion litio.

    Por otra parte tampoco son mas eficientes, el proceso de Electrolisis esta entre 60 y 75%. En este caso, siendo un sistema portatil de pequeño tamaño y a baja temperatura, estara mas cerca çel 60%.
    Esto combinado con la eficiencia de la celda de combustible nos da una eficiencia total de 30%.
    Lo cual es muy baja, las baterias de ion lition consiguen facilmente eficiencias por encima del 80%.

    Y por ultimo, estas baterias de flujo de protones no tiene la principal ventaja del hidrogeno… poder repostar en segundos en lugar de tener que recargar la bateria durante horas en un enchufe.

    No le veo ninguna mejora a esta tecnologia en ninguno de los aspectos posibles. Lo unico que tienen es un nuevo nombre que suena chulo… “baterias de flujo de protones”

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      January 29, 2014

      Hola Alb,

      Se agradecen tus comentarios en las entradas sobre hidrógeno.

      La novedad está en que se combinan producción, almacenamiento y generación de electricidad en una sola pieza. Se eliminan pasos, el transporte, la compresión… por lo que la eficiencia del ciclo completo del hidrógeno gana. Cierto es que como batería no es la panacea, pero hay que dar un poco de margen ya que se trata de un prototipo.

      Respecto al nombre y al descubrimiento de la electrolisis creo que has sido poco indulgente. Realmente no es la electrolisis del agua porque no se genera H2. De hecho, el nombre “batería de flujo de protones” es porque no se considera que hidrógeno, H2, en forma de gas, se acumule en la batería, si no átomos de hidrógeno con su única carga positiva, H+, osea protones. Se ahorra el paso de H+ + H+ + 2e- = H2 Es decir, que NO se hace la electrolisis del agua para obtener hidrógeno, se obtienen protones, luego no es necesario volver a disociar el H2 para obtener los e-. Esto, ademas, hace innecesario el uso de platino.

      Por otro lado ya que se suministra el hidrógeno en forma de agua, osea, hay un deposito para uno de los electrodos, el concepto tiene su semejanza con una batería de flujo, de ahí “flujo” en el nombre. Yo la verdad que veo el nombre muy apropiado.

      Respecto a la acumulación de hidrógeno, y por tanto de energía, hay hidruros que alcanzar un 7% de capacidad, con lo que se multiplicaría por 11 los 70 Wh/kg que has calculado, pasando a los 800. Por supuesto que esto es algo que tienen que demostrar.

      Según he leído después este tipo de baterías tienen una buena capacidad de carga, pero el voltaje de descarga es también bajo, junto con el almacenaje sus dos mayores pegas. Por el lado bueno el precio de los materiales y que al ser estado sólido deberían tener buena durabilidad.

      Si estas interesado en ver el artículo completo solo tienes que pedírmelo.

      Un saludo

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        January 29, 2014

        Pues a lo mejor me he precipitado. Si me pasas el articulo por mail lo analizare con mas calma.

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        January 29, 2014

        Muchas gracias por el articulo

        Me habia equivocado respecto a la tecnologia utilizada. Si es algo nuevo y diferente a la electrolisis convencional.

        No obstante, sido sin ver ninguna ventaja a esta tecnologia y si muchos inconvenientes.
        La principal ventaja de las celdas de combustible es poder recargar de combustible facil y rapidamente, ademas de poder tener el combustible en un gran deposito que proporcione una gran autonomia.
        Aunque la bateria de flujo de protones, desde el punto de vista conceptual se podria considerar como una celda de combustible. en la practica se comporta como una bateria, que es necesario cargar con electricidad, con todas las limitaciones de las baterias al respecto.

        En el articulo dicen la densidad energetica teorica de las baterias de fujo de protones supera a la de las baterias de ion litio….. Pero esta comparacion no es muy justa ya que esta comparando un maximo teorico con un valor promedio real.
        Si se comparan los dos maximos teoricos, Las baterias de litio podrian llegar a los 5200wh/kg…. pero en la practrica se suelen quedar en unos 200wh/kg como maximo.

        La densidad energetica maxima teorica de las baterias de flujo de protones esta limitado por la fracion en peso del hidrogeno en los hidruros Metalicos. Solo los metales mas ligeros pueden proporcinar una fraccion en peso elevado. el litio 12,5%, calcio 8%, Magnesio 7,7%.
        Pero estos hidruros no se utilizan para almacenar hidrogeno. Ya que hidrogenar estos mentales requieren elevadas temperaturas de mas de 500ºC y cientos de atmosferas.
        Ademas son muy reactivos, reacciona de manera explosiva con el agua.
        Se necesitan metales que formen hidruros facilmente a bajas presiones (5-10atm) y bajas temperaturas… y ademas que se puedan recuperar el hidrogeno facilmente.
        El metal empleado en el articulo es una mezcla muy completa de lantanidos y metales de transición. Y su capacidad maxima teorica es de 1,3%. Lo que da una densidad maxima teorica de solo 253wh/kg.
        Pero en la practica el valor se quedara muy lejos del maximo teorico.
        De momento solo han conseguido on 0,6%, y empleando un nafion como portador de protones. Lo cual añade peso y los que disminuye la densidad energetica.
        Ademas tienen el problema de que solo recuperarn el 0,007% del hidrogeno que consigen absorber.

        Otro gran problema es el coste. Las tierras raras son caras unas 10 veces mas caras que el litio, y el nafion es carismo.(miles de euros en kg)
        Estas baterias de flujo de protones seria muy caras.

        En resumen: Que desde el punto de vista teorico, es una tecnologia curiosa e interesante, y puede que incluso encuentre alguna aplicacion especifica algun dia. Pero no veo que pueda ser competitiva frente a baterias o celdas de combustible.

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  3. Avatar
    January 28, 2014

    Volvemos a lo de siempre, las leyes físicas son las que impiden estas “cosas”, ya que cada proceso hace perder energia, electrodo sodio, para a hidrogeno para lugo volver a combertir en electricidad, no tiene sentido por ningun lado, mayor complejidad del proceso, mayor numero de piezas que pueden dar problemas, no aumenta autonomía, necesita agua…

    Esta claro que el lobby petroleo-hidrogeno sigue haciendo de las suyas, como hasta ahora solo lo obtenemos del CH4 pues ala, a querer seguir chupando de la teta.

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  4. Avatar
    January 29, 2014

    Este tipo de baterías serán la solución, para la autonomía de los autos eléctricos, en cuanto al costo hoy mismo otra compañía anuncio que ya seria mas barato que muchas de las tecnología ya existentes, aquí la información que refuerza a la d este articulo.

    BlackLight Power, Inc. anuncia el cambio de juego El logro de la generación de millones de vatios de potencia a partir de la conversión del combustible del agua a una nueva forma de hidrógeno

    Escrita el 14 de enero de 2014 y almacenada en Tablets y Moviles vent por admin

    BlackLight Power, Inc. anuncia el cambio de juego El logro de la generación de millones de vatios de potencia a partir de la conversión del combustible del agua a una nueva forma de hidrógeno

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    BlackLight Power, Inc. (BLP) ha anunciado hoy que ha producido millones de vatios del poder con su tecnología pendiente de patente avance sólido inducida-Fuel-catalizador-Hidrino-Transición (SF-CIHT) en sus laboratorios.
    Uso de un combustible sólido a base de agua patentada confinado por dos electrodos de una célula SF-CIHT, y la aplicación de una corriente de 12.000 amperios a través del combustible, el agua se enciende en un extraordinario destello de potencia. El combustible puede ser alimentado de forma continua en los electrodos a potencia continua de salida. BlackLight ha producido millones de vatios de potencia en un volumen que es diezmilésima de un litro que corresponde a una densidad de potencia de más de un asombroso 10 mil millones de vatios por litro. A modo de comparación, un litro de lata salida de la fuente de energía de BlackLight tanta energía como una planta central de generación de energía superior a todo el poder de los cuatro antiguos reactores de la central nuclear de Fukushima Daiichi, el sitio de uno de los peores desastres nucleares de la historia.
    Nuestro sistema de producción de energía segura y no contaminante convierte catalíticamente el hidrógeno del H 2 O en base de combustible sólido en un producto no contaminante, el hidrógeno estado de menor energía llamado “Hidrino”, permitiendo que los electrones caen a radios más pequeñas alrededor del núcleo. La liberación de energía de H 2 O de combustible y de libre acceso de la humedad en el aire, es cien veces mayor que la de una cantidad equivalente de gasolina de alto octanaje. El poder está en la forma de un plasma, un estado ionizado en expansión gaseosa supersónico física del combustible que comprende iones esencialmente positivos y electrones libres que se pueden convertir directamente en electricidad usando convertidores magnetohidrodinámicos altamente eficientes. Basta con sustituir el H consumido 2 O regenera el combustible. El uso de componentes fácilmente disponibles, BlackLight ha desarrollado un diseño de ingeniería de sistemas de un generador eléctrico que está cerrado excepto por la adición de H 2 O de combustible y genera diez millones de vatios de electricidad, suficiente para alimentar a diez mil viviendas . Cabe destacar que el dispositivo es menos de un pie cúbico de volumen. Para proteger sus innovaciones e invenciones, múltiples solicitudes de patente en todo el mundo se han presentado en la tecnología patentada de BlackLight.
    Esta tecnología poder transformador avance puede ser testigo de una demostración en vivo organizado por BlackLight del día 28 de enero th a las 11 AM. Detalles y actualizaciones se publicarán en el sitio web de la empresa (http://www.blacklightpower.com/). Los interesados ​​en asistir pueden contactar BlackLight que registrar previamente para este evento disponibilidad limitada. Aplicaciones y mercados

    para la célula SF-CIHT extienden a través del espectro de potencia global, incluyendo, energía térmica estacionaria eléctrica, el motivo y la defensa. Dada la independencia de la infraestructura existente, rejilla en el caso de la electricidad y de los combustibles en el caso de la fuerza motriz, la fuente de alimentación SF-CIHT es otra de cambio para todas las formas de transporte: automóviles, camiones de carga, ferrocarril, marítimo, aéreo, y aeroespacial en que la densidad de potencia es un millón de veces la del motor de un piloto de Fórmula Uno, y diez millones de veces la de un motor a reacción. La célula SF-CIHT utiliza, abundantes, no tóxicos, productos químicos de materias primas baratas, sin problemas aparentes de suministro a largo plazo que podrían impedir, fabricación de alto volumen comercial. El coste previsto de la célula SF-CIHT es entre $ 10 y $ 100/kW en comparación con más de cien veces mayor que la de las fuentes de energía convencionales de electricidad.
    BlackLight informó anteriormente de combustibles sólidos pioneras y celda electroquímica CIHT utilizan el mismo catalizador que las células SF-CIHT recién inventados, y sirvió como modelo para el Dr. Mills para inventar el plasma avance producir células SF-CIHT . Estas tecnologías fondo han sido validadas por la industria. Resultados de BlackLight de múltiplos de la liberación de energía máxima teórica de los combustibles sólidos representativos se repitió en Campo Laboratorio Solicitud de Perkin Elmer en sus instalaciones el uso de su instrumento comercial. Por otra parte, nuestra celda electroquímica CIHT avanzada fue replicado de forma independiente fuera de las instalaciones también.
    “Nosotros en La Enser Corporación ha realizado una treintena de pruebas en nuestras instalaciones utilizando células electroquímicas CIHT de BLP del tipo que se probaron y reportado por BLP en la primavera de 2012, y ha logrado los tres objetivos especificados” dijo el Dr. Ethirajulu Dayalan, Ingeniería Fellow, de La Enser Corporation. “Hemos validado de forma independiente los resultados fuera de las instalaciones de BlackLight por un tercero no relacionado altamente calificado. Se confirmó que hidrino fue el producto de cualquier exceso de electricidad observado por tres controles analíticos de los productos de células, y determinamos que BlackLight Power ha logrado cincuenta veces más alta densidad de potencia con la estabilización de los electrodos de la corrosión. “Dr. Terry Copeland, quien logró producto el desarrollo de varias empresas electroquímicos y de la energía, incluyendo DuPont Company y Duracell agregó, “Dr. James Pugh (entonces Director de Tecnología en Enser) y el Dr. Ethirajulu Dayalan participó conmigo en las pruebas independientes de células CIHT en las instalaciones de La Enser Corporación Pinellas Park en Florida a partir del 28 noviembre de 2012. Hemos fabricado y probado células CIHT capaces de producir de modo continuo la producción eléctrica neta que confirmó el aumento de la densidad de energía estable cincuenta veces y hidrino como el producto “.
    La divulgación de uno de la solicitud de patente de BlackLight que fue presentada recientemente en todo el mundo, sus 10 MW eléctricos SF-CIHT diseño de ingeniería del sistema celular y la simulación, video de alta velocidad de millones de vatios de supersónicamente expansión plasmática celular SF-CIHT, El Enser Corporation y los informes de validación Dr. Terry Copeland en las células electroquímicas CIHT generaciones anteriores , y el informe de Perkin Elmer de los combustibles sólidos están disponibles al público en la página web de BlackLight (http://www.blacklightpower.com/). Los documentos técnicos de BlackLight proporcionan las pruebas experimentales de plasma a la conversión eléctrica, los resultados de la producción de exceso de energía a partir de combustibles sólidos, los resultados de la producción de electricidad continua a cincuenta veces más alta densidad de energía que las células electroquímicas CIHT generaciones anteriores, y la química detallada y la identificación de hidrinos por diez métodos analíticos que los laboratorios pueden seguir y repetidas se dan en http://www.blacklightpower.com/.

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      January 29, 2014

      Muy bonito tu corta y pega, traducción horrible de google traslate incluida, pero aparte de decir que habeis creado un generador electrico de 10mw alimentado de hidrogeno, no dices nada más,

      ¿de donde piensas estraer ese hidrogeno de “agua patentada (no sabia que se podia patentar, debe ser que en EEUU dejan patentar hasta los sueños)?

      Mucho royo de pruebas de plama pero realmente despues de todo este rollo lo que habeis hecho es una cedula de combustible, y aqui el problema es sacar el hidrogeno del “agua patentada” sin gasto de energia o que al menos el vector de energia sea positivo, ya que sí usas cualquier cosa para extraer hidrogeno, por puras leyes de la física siempre hay perdidas con lo que donde esta el ahorro???

      Paso de estos nuevos iluminati, bastante dinero hemos invertido ya en el reactor de fusión fria sin ver ni un solo avance, más nos valdria invertir todo ese dinero en mejorar los paneles solares y los molinos eólicos, claro que eso seria dar el poder energético a los particulares y no depender de políticos y lobbys que controlan nuestras leyes, y eso no lo pueden consentir.

      Como diria mi tia ” a mamarla”.

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  5. Avatar
    February 01, 2014

    Lo de las baterías de flujo de protones no lo termino de ver en automoción por lo ya indicado de los tiempos de recarga eléctrica. Pero si parece muy interesante para viviendas unifamiliares con el apoyo de placas fotovoltaicas.

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