Un nuevo diseño de batería térmica ha alcanzado una eficiencia récord de conversión de energía del 44%. Esta célula termofotovoltaica es un paso importante en el camino hacia el almacenamiento sostenible de energía a escala de red a partir de fuentes renovables.
Ahora que los precios de las energías renovables están cayendo rápidamente, la barrera ahora es su intermitencia; el primer punto que cualquier escéptico de las energías renovables le planteará es «¿pero qué pasa por la noche o cuando no sopla el viento?» Una pequeña cosa llamada “baterías” puede ayudar en ese sentido, y no faltan sistemas de almacenamiento a escala de red que pueden ahorrar energía para los días (literalmente) de lluvia. Eso incluye ampliar clásicos como baterías de iones de litioo diseños más experimentales como hierro-aire, agua en sal, baterías de flujoo un variedad de basado en la gravedad sistemas.
Una de las vías más prometedoras es almacenar energía en forma de calor. El medio en sí puede ser amplio – arena, sal fundida, ceniza volcánica, bloques de carbono, ladrillos de arcilla y muchos otros están en proceso, pero desafortunadamente recuperar la energía del calor y convertirla en electricidad puede ser la parte complicada.
Ahí es donde entra en juego el nuevo sistema. Desarrollado por investigadores de la Universidad de Michigan, este dispositivo funciona según el principio de la termofotovoltaica. Es similar a las células solares, que son fotovoltaicas y generan electricidad (voltios) a partir de luz (fotones). La termofotovoltaica obviamente añade calor (termo) a la mezcla. En la práctica, eso significa que absorben fotones de la parte infrarroja del espectro, en lugar de los fotones de luz visible de mayor energía que capturan las células solares.
La nueva celda termofotovoltaica se probó con carburo de silicio como material de almacenamiento de calor, aunque podría cambiarse por cualquier otro que funcione. Este está rodeado por un material semiconductor hecho de indio, galio y arsénico, cuidadosamente diseñado para capturar la más amplia gama de fotones, y específicamente los producidos por el material calentado.
Cuando el equipo calentó el material a 1.435 °C (2.615 °F), comienza a irradiar fotones térmicos en un rango de niveles de energía, y entre el 20 y el 30% de ellos pueden ser capturados por el semiconductor. Para aprovechar algunas de las de mayor o menor energía, la celda contiene una fina capa de aire después del semiconductor, seguida de una capa reflectora de oro. Esto hace rebotar algunos fotones en el semiconductor para convertirlos en electricidad, mientras que otros rebotan en el material de almacenamiento de calor, dándoles otra oportunidad de ser emitidos como el tipo correcto de fotón.
![Un esquema de la nueva célula termofotovoltaica, junto con un gráfico de su rendimiento frente a otras de su tipo](https://assets.newatlas.com/dims4/default/89ed394/2147483647/strip/true/crop/996x996+0+0/resize/960x960!/quality/90/?url=http%3A%2F%2Fnewatlas-brightspot.s3.amazonaws.com%2Fa0%2Fb4%2Fbe9fcea34806ad50a385c3ca6fe9%2Fheat-battery-2.jpg)
Roy-Layinde et al.
Este diseño da como resultado una eficiencia de conversión de energía total del 44%. Eso lo hace mucho más eficiente que otros que operan a la misma temperatura, que alcanzan un máximo del 37%. Otros diseños han superado el 40% antes, pero funcionan a temperaturas mucho más altas eso puede ser menos factible en muchas situaciones.
La idea es que el material de almacenamiento pueda calentarse utilizando electricidad generada por un parque eólico o solar, o absorbiendo directamente el exceso de calor de procesos industriales o sistemas de energía solar térmica. Puede que solo tenga la mitad de eficiencia que las baterías de iones de litio, pero al ser mucho más segura y barata de fabricar y operar significa que aún es económico de todos modos, tirar la mitad de la electricidad, sobre todo porque ya no es un recurso finito. El equipo dice que todavía hay margen para crecer.
«Aún no estamos en el límite de eficiencia de esta tecnología», dijo Stephen Forrest, autor colaborador del estudio. «Estoy seguro de que superaremos el 44% y alcanzaremos el 50% en un futuro no muy lejano».
La investigación fue publicada en la revista. Joule.
Fuente: Universidad de Michigan