Desarrollo de un prototipo a escala laboratorio de una batería de flujo Redox como sistema de almacenamiento de energía eléctrica para alta densidad de potencia

Abstract

El proyecto busca la apropiación tecnológica en el diseño y comportamiento de las baterías de flujo redox de vanadio, donde se desarrolla un prototipo a escala laboratorio determinando los materiales, configuración y dimensionamiento de la batería de acuerdo con investigaciones reportadas en la literatura. Los materiales usados en la construcción de la batería fueron: carcaza de polimetilmetacrilato (acrílico), electrodos de grafito de espectroscopia de NATIONAL Trade Mark, membrana de intercambio protónico de politetrafluoroetileno (PTFE) Nafion® 115 y medio electrolítico de sulfato de vanadio (VOSO4) 0.5M en ácido sulfúrico (H2SO4) 3M. El volumen de la batería es de 37 cm3 con un volumen de operación de 16cm3, y la densidad potencia teórica de 0.15W/cm2. La carga de los electrolitos se realizó mediante el uso de dos técnicas, electrolisis potenciostática (1.85 V) y electrólisis galvanostática (30 mA), con variación en los volúmenes en las semi-celdas de la batería evaluando la termodinámica y dinámica del sistema. En la carga se selecciona como perturbación electroquímica la electrolisis potenciostática (1.85 V) y la descarga de la batería se realizó para todos los ensayos con una resistencia de 10 Ω. La mejor técnica tanto para la carga de electrolitos de la batería es la electrólisis potenciostática con el doble de volumen, en el compartimiento anódico comparado con el compartimiento catódico, presentando una densidad potencia máxima alcanzada de 9.51 mW/cm2 en una descarga total en dos horas y cuarenta y cinco minutos. Se propuso una estrategia de escalamiento de acuerdo con resultados de investigaciones, en donde se seleccionó una concentración de VOSO4 de 2M con agentes estabilizantes de solubilidad para aumentar potencia del sistema, un diseño con flujo que garantizaría la carga y descarga de la batería.

Abstract: This project seeks technological appropriation in the design and behavior of redox flow batteries vanadium, in which, a laboratory scale prototype is developed by determining the materials, configuration and design of the battery according to research reported in the literature. The materials used for the construction of the battery were: Shell of polymethylmethacrylate (acrylic), electrodes Trade Mark NATIONAL spectroscopy, graphite proton exchange membrane of polytetrafluoroethylene (PTFE) and Nafion® 115 electrolyte medium of vanadyl sulfate (VOSO4) 0.5M sulfuric acid (H2SO4) 3M. The battery volume is 27cm3, and the battery has an operation volume of 16cm3 with a theoretical power density of 0.15W/cm2. Electrolytes charging was performed by using two techniques, potentiostatic electrolysis (1.85 V) and galvanostatic electrolysis (30 mA), with variation in volumes in the semi-cell battery and evaluating the system thermodynamic and system dynamics. Battery Charging was also performed by potentiostatic electrolysis (1.85 V) and the battery discharge was conducted for all assays with a resistance of 10 Ω. The best technique for electrolyte loading and battery operation is the potentiostatic electrolysis, the battery have a power density maximum of 9.51 mW/cm2 and its total discharge was two hours and forty-five minutes. The Scaling strategy proposes a concentration of 2M VOSO4 with stabilizing agents, to increase the density potency and solubility of the system. Moreover, we encourage a low study to ensure the charging and discharging of the battery