Sistema solar con batería revolucionaria resiste temperaturas extremas de -180 °C a 300 °C

Investigadores de EE. UU. desarrollan sistema solar con batería para temperaturas extremas

Un equipo de científicos de la Universidad Purdue, en Estados Unidos, ha logrado un avance significativo en el desarrollo de tecnologías solares adaptadas a condiciones climáticas extremas. En colaboración con el Centro de Guerra Naval de Superficie de Indiana, los investigadores han creado una plataforma de prueba capaz de evaluar sistemas solares con almacenamiento energético en un rango de temperaturas que va desde los -180 °C hasta los 300 °C.

Este innovador sistema, denominado IntPB (Integrated Photovoltaic and Battery), permite estudiar de manera conjunta o separada tanto la generación de energía mediante células solares como el almacenamiento en baterías. La plataforma fue diseñada para superar las limitaciones de compatibilidad térmica entre los paneles fotovoltaicos y las baterías, un desafío clave en entornos extremos como el espacio, regiones polares o zonas industriales de alta temperatura.

Para su primer experimento, el equipo probó una célula solar de silicio policristalino de 5 voltios y 30 miliamperios, combinada con una batería de litio-metal (LIB) que utiliza un cátodo de óxido de niobio y tungsteno (NbWO) y un electrolito de 1M LiFSI. Esta batería, en formato de celda tipo moneda de 3 voltios, fue seleccionada por su capacidad de operar en condiciones térmicas extremas.

El sistema de prueba incluye una cámara térmica construida con una carcasa de aluminio y una ventana de vidrio que permite la entrada de luz. Para controlar la temperatura, se utiliza nitrógeno líquido (LN2) como agente refrigerante, mientras que el gas argón mantiene la cámara libre de humedad y cristales de hielo. El calentamiento se logra mediante resistencias térmicas, y todo el sistema es regulado por un controlador PID (proporcional-integral-derivativo) que ajusta la velocidad de la bomba de nitrógeno líquido en función de la temperatura detectada por un termopar.

Durante las pruebas, el sistema demostró un rendimiento notable. A 80 °C, la batería alcanzó una capacidad de carga de 195 mAh por gramo y una descarga de 205 mAh/g. Incluso a temperaturas extremadamente bajas, como -105 °C, la batería mantuvo una capacidad de carga de 33 mAh/g y una descarga de 36 mAh/g, con una diferencia de menos del 5% entre ambas, lo que indica una alta estabilidad operativa. A -120 °C, se logró una carga funcional de 6 mAh/g, superando ampliamente el rendimiento de las baterías de ion-litio convencionales, que pierden más del 80% de su capacidad por debajo de los -60 °C.

El autor principal del estudio, el profesor Vilas G. Pol, destacó que el sistema no solo permite probar tecnologías solares y de almacenamiento por separado, sino que también abre la puerta a futuras integraciones con células solares de perovskita, conocidas por su alta eficiencia y resistencia a variaciones térmicas extremas.

Este avance fue publicado en la revista Scientific Reports bajo el título “Efficient photovoltaics integrated with innovative Li-ion batteries for extreme (+80 C to −105 C) temperature operations”. Según los investigadores, la plataforma ya está disponible comercialmente y representa una herramienta única para el desarrollo de soluciones energéticas en condiciones donde antes era inviable operar con tecnologías convencionales.

Con este desarrollo, se abre un nuevo horizonte para aplicaciones en sectores como la exploración espacial, la defensa, la industria aeroespacial y las energías renovables en climas extremos, marcando un paso clave hacia una generación y almacenamiento de energía más resiliente y eficiente.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2025/03/28/solar-plus-storage-for-extreme-low-temperatures/