La bateria de polisulfur-brom (PSB; de vegades polisulfur-polibromur o "brom-sofre") és un tipus de bateria elèctrica recarregable que emmagatzema energia elèctrica en líquids, com ara solucions a base d'aigua de dues sals: bromur de sodi i polisulfur de sodi. És un tipus de bateria de flux redox (reducció-oxidació).
El 2002 es va construir un prototip d'instal·lació d'emmagatzematge elèctric de 12 MWe a la central elèctrica de Little Barford, al Regne Unit, que utilitzava bateries de flux de polisulfur-bromur. Tot i que la instal·lació es va completar, a causa de problemes d'enginyeria en l'ampliació de la tecnologia, mai es va arribar a posar en funcionament completament. Una planta de demostració similar situada a les instal·lacions de la Tennessee Valley Authority (TVA) a Columbus, Mississippi, Estats Units, mai es va completar.
Química Dos electròlits de solució salina diferents es troben en dos dipòsits separats. Quan es requereix energia, es bomba una solució de Na2S2 (disulfur de sodi) a l'ànode i es bomba NaBr3 (tribromur de sodi) al càtode. L'ànode i el càtode, juntament amb les seves corresponents solucions salines, estan separats per una membrana d'intercanvi iònic.
A l'elèctrode negatiu, la reacció anòdica és:
A l'elèctrode positiu, la reacció catòdica és:
A mesura que s'extreu energia del sistema, el disulfur de sodi es converteix en polisulfur de sodi i el tribromur de sodi es converteix en bromur de sodi. Aquesta reacció es pot invertir quan es subministra corrent als elèctrodes i es recarreguen les sals químiques del sistema. El sistema de vegades es defineix com una pila de combustible perquè els elèctrodes no són consumits per la reacció; actuen només com a superfície per a la reacció. Tanmateix, el líquid no és un combustible que es consumeix, sinó un electròlit en solució salina que es modifica mitjançant el procés.
Història Tot i que les possibilitats d'utilitzar parelles redox de polisulfur i brom en bateries de flux i estàtiques ja s'havien esmentat anteriorment, van ser Robert Remick i Peter Ang, de l'Institut de Tecnologia del Gas (Chicago), els primers a demostrar (i reivindicar en una patent) una bateria recarregable de polisulfur-polibromur (SBB) el 1981. Van aconseguir una beca del DOE per a estudis detallats que van revelar el MoS2 com un electrocatalitzador preferit (però no ideal) per a la reacció de l'elèctrode negatiu.
El 1987, Stuart Licht, mentre era a l'Institut Weizmann de Ciències (Rehovot, Israel) i al MIT (Cambridge, Massachusetts), va demostrar una extraordinària solubilitat aquosa dels sulfurs de potassi—per exemple, una proporció molar aigua:sal de 3: 1 per a les solucions de K₂S i K₂S₄— i més tard ho va demostrar amb una bateria de sofre/polisulfit-alumini. No obstant això, la química del sodi va seguir sent la principal entre els desenvolupadors de RFB de polisulfur-polibromur, potser a causa de la major solubilitat del NaBr (8,82 molal a 20 °C) en comparació amb el KBr (5,49 molal a 20 °C).
El 1992, National Power PLC (formada el 1990 com a resultat de la privatització del mercat elèctric del Regne Unit) va adquirir de l'Institut de Tecnologia del Gas la patent original dels EUA de Remick i Ang, i va iniciar un programa de recerca i desenvolupament en el camp dels RFB de polisulfur-polibromur. El treball inicial a National Power va ser dut a terme per Ralph Zito, conegut pel seu treball previ sobre els RFB de Zn-Br2. Durant la reorganització del mercat elèctric del Regne Unit a la dècada del 1990, les patents de National Power van ser transferides a Innogy Technology Ventures Ltd, que el 2002 es va convertir en una filial del grup d'empreses multiserveis alemany RWE. Regenesys Technologies Limited es va separar de RWE-Innogy amb la tasca de fer una demostració i comercialització ràpides de RFB de polisulfur-polibromur, que es van marcar com a bateries Regenesys®. L'any 2001, Regenesys donava feina a més de 70 persones i va fer demostracions de piles de 5 kW i 10 kW.
El 2001, el Departament de Comerç i Indústria del Regne Unit va finançar aproximadament el 50% del cost total de 2 milions de lliures (amb una participació prevista de RWE-Innogy) per construir una bateria Regenesys® de 100 kW a Little Barford, al centre d'Anglaterra, al costat d'una planta de generació de gas existent i d'un emplaçament proposat per a un molin eòlic. Es va considerar una planta similar a Columbus, Mississipí, EUA, com a part de les iniciatives de l'Autoritat de la Vall de Tennessee. No obstant això, l'escalat de piles de 10 kW a 100 kW va resultar més difícil del que s'esperava. Després d'abordar diversos reptes tècnics, RWE va decidir abandonar la tecnologia Regenesys® el 2003. El cost de desenvolupament dels RFB de polisulfur-polibromur entre 1990 i 2004 va ascendir a més de 140 milions de lliures.
Altres també van explorar la viabilitat de les bateries de polisulfur-polibromur. Al voltant del 2002, l'Institut de Física Química de Dalian (Xina) va llançar el seu propi programa SBB. Entre el 2004 i el 2006, van informar de sistemes d'1 kW que funcionaven a 40 mA/cm2 amb una millora de l'eficiència energètica del cicle del 67% al 82%, principalment gràcies al desenvolupament de nous materials d'elèctrode. No obstant això, la comercialització de les SBB ha estat limitada a causa de reptes tècnics com la deposició de sofre a l'elèctrode negatiu porós durant el cicle a llarg termini i l'èxit de les bateries de flux redox de vanadi.
En els darrers anys, s'han demostrat SBB amb separadors ceràmics conductors de Li+ i Na+. Tot i que aquestes cel·les van mostrar una bona vida útil durant més de 100 cicles sense degradació notable, es van operar a baixes densitats de corrent a causa de l'alta resistència òhmica del separador.
Referències
Categoria:Energia