Batería de polisulfuro-bromuro

La batería de polisulfuro-bromo (PSB; a veces polisulfuro-polibromuro o "bromo-azufre") es un tipo de batería eléctrica recargable que almacena energía eléctrica en líquidos, como soluciones a base de agua de dos sales: bromuro de sodio y polisulfuro de sodio . Es un tipo de batería de flujo redox (reducción-oxidación) .

En 2002, se construyó un prototipo de instalación de almacenamiento eléctrico de 12 MWe en la central eléctrica de Little Barford , en el Reino Unido ^[1] , que utilizaba baterías de flujo de polisulfuro-bromuro. Aunque la instalación se completó, debido a problemas de ingeniería en la ampliación de la tecnología, nunca se puso en funcionamiento por completo. ^[2] Una planta de demostración similar ubicada en las instalaciones de Tennessee Valley Authority (TVA) en Columbus, Mississippi, Estados Unidos, nunca se completó.

Se encuentran dos electrolitos de solución salina diferentes en dos tanques separados. Cuando se requiere energía, se bombea una solución de _Na2S2 (disulfuro de sodio ₎ al ánodo y NaBr3 ₍ tribromuro de sodio ) al cátodo. El ánodo y el cátodo, junto con sus correspondientes soluciones salinas, están separados por una membrana de intercambio iónico .

En el electrodo negativo, la reacción anódica es:

${\displaystyle 2\ \mathrm {Na_{2}S_{2}} \rightarrow \mathrm {Na_{2}S_{4}} +2\ \mathrm {Na^{+}} +2\ \mathrm {e } ^{-}}$

En el electrodo positivo, la reacción catódica es:

${\displaystyle \mathrm {NaBr_{3}} +2\ \mathrm {Na^{+}} +2\ \mathrm {e} ^{-}\rightarrow 3\ \mathrm {NaBr} }$

A medida que se extrae energía del sistema, el disulfuro de sodio se convierte en polisulfuro de sodio y el tribromuro de sodio se convierte en bromuro de sodio. Esta reacción se puede revertir cuando se suministra una corriente a los electrodos y se recargan las sales químicas del sistema . El sistema a veces se define como una celda de combustible porque los electrodos no se consumen durante la reacción; actúan solo como una superficie para la reacción. Sin embargo, el líquido no es un combustible que se consume, es un electrolito de solución salina que se modifica durante el proceso.

Aunque las posibilidades de utilizar pares redox de polisulfuro y bromo en baterías de flujo y estáticas ya se habían mencionado antes, fueron Robert Remick y Peter Ang del Instituto de Tecnología del Gas (Chicago) los primeros en demostrar (y reclamar en una patente) una batería recargable de polisulfuro-polibromuro (SBB) en 1981. ^[3] Obtuvieron una subvención del DOE para estudios detallados que revelaron que MoS ₂ era un electrocatalizador preferido (aunque menos que ideal) para la reacción del electrodo negativo. ^[4]

En 1987, Stuart Licht, mientras estaba en el Instituto de Ciencias Weizmann (Rehovot, Israel) y el MIT (Cambridge, Massachusetts), demostró una solubilidad acuosa extraordinaria de los sulfuros de potasio (por ejemplo, una relación molar agua:sal de 3:1 para soluciones de K ₂ S y K ₂ S ₄ ) y más tarde lo demostró con una batería de azufre/polisulfuro-aluminio. ^{[5] [6] [7]} Sin embargo, la química del sodio siguió siendo la corriente principal entre los desarrolladores de RFB de polisulfuro-polibromuro, tal vez debido a la mayor solubilidad del NaBr (8,82 molal a 20 °C) en comparación con el KBr (5,49 molal a 20 °C).

En 1992, National Power PLC (formada en 1990 como resultado de la privatización del mercado eléctrico del Reino Unido) adquirió del Instituto de Tecnología del Gas la patente estadounidense original de Remick y Ang, ^[3] y comenzó un programa de investigación y desarrollo en el campo de las RFB de polisulfuro-polibromuro. El trabajo inicial en National Power fue realizado por Ralph Zito, ^[8] quien era famoso por su trabajo previo en las RFB de Zn-Br ₂ . ^{[9] [10] [11]} Durante la reorganización del mercado eléctrico del Reino Unido en la década de 1990, las patentes de National Power se transfirieron a Innogy Technology Ventures Ltd, que se convirtió en 2002 en una subsidiaria del grupo de empresas multiservicio alemán RWE . Regenesys Technologies Limited se escindió de RWE-Innogy con la tarea de demostración y comercialización convenientes de RFB de polisulfuro-polibromuro, que se comercializaron como baterías Regenesys®. En 2001, Regenesys empleaba a más de 70 personas y presentaba pilas de 5 y 10 kW.

En 2001, el Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido financió aproximadamente el 50% del costo total de £2 millones (con una participación de costos esperada de RWE-Innogy) de construir una batería Regenesys® de 100 kW en Little Barford en el centro de Inglaterra junto a una planta de gas de punta existente y un sitio propuesto para un molino de viento. ^[12] Se consideró una planta similar en Columbus, Mississippi , EE. UU., ^{[13] [14]} como parte de las iniciativas de la Autoridad del Valle de Tennessee . Sin embargo, escalar de 10 kW a 100 kW resultó más difícil de lo esperado. Después de abordar varios desafíos técnicos, RWE decidió abandonar la tecnología Regenesys® en 2003. El costo de desarrollar las RFB de polisulfuro-polibromuro entre 1990 y 2004 ascendió a más de £140 millones. ^[15]

Otros también exploraron la viabilidad de las baterías de polisulfuro-polibromuro. Alrededor de 2002, el Instituto de Física Química de Dalian (China) lanzó su propio programa SBB. En 2004-2006, informaron sistemas de 1 kW que funcionan a 40 mA/cm2 ^con una mejora en la eficiencia energética del ciclo del 67% al 82% debido principalmente al desarrollo de nuevos materiales de electrodos. ^{[16] [17]} Sin embargo, la comercialización de SBB ha sido limitada debido a desafíos técnicos como la deposición de azufre en el electrodo negativo poroso durante el ciclo de largo plazo y el éxito de las baterías de flujo redox de vanadio.

En los últimos años, se han demostrado las SBB con separadores cerámicos conductores de Li ⁺ y Na ⁺ . Aunque estas celdas mostraron una buena vida útil de más de 100 ciclos sin degradación notable, funcionaron a bajas densidades de corriente debido a la alta resistencia óhmica del separador. ^{[18] [19]}

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