Zinc-iodide redox flow battery for next generation of solar energy storage
La creixent demanda global de fonts d’energia renovables a la xarxa elèctrica va crear la necessitat d’introduir sistemes d’emmagatzematge d’energia a gran escala (ESS), bateries de flux redox (RFB). La bateria de flux redox de iodur de zinc (ZIFB) presenta un gran potencial per a ESS a gran escala...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/688084 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/688084 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Bateria de flux redox Bateria de flujo redox Redox flow battery Zinc Ciències Experimentals 34 |
| Sumario: | La creixent demanda global de fonts d’energia renovables a la xarxa elèctrica va crear la necessitat d’introduir sistemes d’emmagatzematge d’energia a gran escala (ESS), bateries de flux redox (RFB). La bateria de flux redox de iodur de zinc (ZIFB) presenta un gran potencial per a ESS a gran escala d’alta densitat d’energia. No obstant això, el seu ús pràctic encara està limitat per la mala ciclabilitat, la baixa densitat de corrent i la pèrdua de capacitat, a causa del revestiment / decapament de Zn irreversible, la cinètica lenta de les reaccions redox. En aquest context, l’objectiu d’aquesta tesi és dissenyar un ZIFB amb la millora de la química de l’ànode i l’electròlit, centrant-se en densitats de corrent més baixes, apte per combinar amb un sistema fotovoltaic. Per assolir aquests objectius, la tesi s’estructura en 7 capítols principals. El capítol 1 presenta el context general, els antecedents i la motivació de la recerca sobre els RFB. El capítol 2 descriu la preparació dels materials, mètodes experimentals aplicats en aquesta tesi. Els capítols següents se centren en els principals resultats obtinguts, la part I se centra en les millores del rendiment electroquímic de ZIFB (Capítols 3–5). La part II (Capítols 6 i 7) se centra en la fotocàrrega imparcial dels RFB, començant des de la bateria de flux redox de vanadi (VRFB) fins al ZIFB, optimitzat a la part I. Al capítol 3, entre l’exploració de diferents ànodes carnàcies, es va trobar la làmina de grafit com el millor ànode optimitzat, que presentava una excel·lent eficiència global (~ 80%) com a resultat d’un revestiment / desmuntatge eficient de Zn. L’observació va afirmar que diversos factors influeixen en el revestiment / decapament eficient de Zn, com ara l’estructura física dels ànodes, la humectabilitat dels electròlits i la conductivitat elèctrica. Els capítols 4 i 5, estan dedicats a la millora de la química dels electròlits. Un problema important en el cicle de RFB és la migració d’aigua entre electròlits de mitja cèl·lula, que es va resoldre al capítol 4. Els resultats experimentals del model proposat d’equilibrar les concentracions molars d’electròlits van mostrar que ZIFB ciclada amb electròlit ajustat suprimia 1/3 de la migració de l’aigua, amb una excel·lent capacitat de descàrrega i la menor resistència ohmica de la cel·la. El capítol 5 se centra a millorar la vida del cicle de ZIFB utilitzant NaCl com a electròlit de suport. La presència d’ions Cl- va augmentar el rendiment del ZIFB amb 100 cicles estables i una retenció de capacitat del 77%, amb millores en la reversibilitat de les reaccions redox Zn/Zn2+ i I3-/I-. La formació del compost ZnCl4 soluble és el factor clau per a la millora de la reversibilitat redox Zn/Zn2+. La part II (Capítols 6 i 7) està dedicada a l’estudi a nivell de dispositiu per aconseguir una fotocàrrega imparcial dels RFB solars. El capítol 6 se centra en la integració de la cèl·lula fotovoltaica CIGS i VRFB. La fotocàrrega totalment imparcial va aconseguir una alta eficiència energètica (77%), una càrrega solar (7,5%) i una eficiència de conversió d’energia d’anada i tornada (5%). Tenint en compte els reptes restants d’aquesta configuració de VRFB solar, es va realitzar la integració entre el ZIFB optimitzat (de la part I) i una cèl·lula solar orgànica (OSC) feta de materials fotoabsorbents respectuosos amb el medi ambient al capítol 7. Gràcies a la tensió de càrrega (~ 1,3 V) d’OSC, alimentat amb ZIFB a diferència de VRFB (rang de tensió de càrrega: 1,4–1,7 V), el ZIFB es va carregar fins a un 22% només alimentat per OSC. |
|---|