Celda de flujo solar redox para almacenamiento de energía residencial

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Fuente: https://www.pv-magazine.com/

El dispositivo fue diseñado por científicos en Portugal para optimizar la absorción de luz por el semiconductor y asegurar una difusión efectiva de especies redox al tiempo que ofrece una mínima resistencia al transporte electrónico e iónico. La celda tiene un área fotoactiva de 25 cm 2 y se basa en la química de flujo redox de ferrocianuro / antraquinona y un fotoelectrodo de hematita nanoestructurado.

La celda SolarFlow25. Imagen: Universidad de Porto

Las celdas de flujo solar redox (SRFC) son dispositivos que pueden almacenar electricidad al recolectar la luz solar a través de un panel fotoelectroquímico (PE). Estos dispositivos de almacenamiento están atrayendo un interés cada vez mayor por parte de científicos e institutos de investigación y hasta ahora solo se han desarrollado a nivel de investigación.

Dos de los mayores desafíos que deben superar estas baterías, junto con otros problemas menores, son el hecho de que su rendimiento está restringido por reacciones fotoelectroquímicas ineficientes y que su capacidad de almacenamiento está limitada por la dimensión física de los electrodos sólidos.

Teniendo esto en cuenta, los científicos de la Universidad de Oporto han desarrollado recientemente una celda de flujo solar redox para el almacenamiento de energía residencial descentralizado.

“En nuestro trabajo, diseñamos, construimos y probamos el dispositivo de celda de flujo redox solar de mayor área fotoactiva jamás reportado hasta la fecha”, dijo el autor principal de la investigación, Telmo da Silva Lopes, a pv magazine . «También proporcionamos importantes pautas de diseño de dispositivos que ayudarán a desarrollar futuros SRFC mejorados, una tecnología emergente que utiliza fotoelectrodos basados ​​en semiconductores para almacenar energía solar en enlaces químicos y calor».

Llamado SolarFlow25, el dispositivo fue diseñado para optimizar la absorción de luz por el semiconductor y asegurar la difusión efectiva de especies redox al tiempo que ofrece una mínima resistencia al transporte electrónico e iónico.

El dispositivo tiene un área fotoactiva de 25 cm 2 y fue construido con una celda de PE de área grande unida a la estructura del sistema mediante pequeños tornillos de acero inoxidable y un borde metálico auxiliar . “Estos tornillos crean un camino eléctrico entre la capa metálica conductora en el perímetro y los bordes del PE y la placa final , lo que permite … una recolección de corriente efectiva”, explicó el grupo portugués. «Para ensamblar la celda, los compartimentos anódico y catódico se atornillaron juntos usando pernos con una membrana Nafion 117 en el medio».

El sistema también se basa en la química de flujo redox de ferrocianuro / antraquinona (2,7-AQDS) y fotoelectrodos de hematita nanoestructurada (α-Fe 2 O 3 ) combinados en serie con una célula solar sensibilizada con colorante (DSSC) que es capaz de producir una fotocorriente. de aproximadamente 40 mA.

El SRFC se conectó a una celda de flujo redox convencional (RFC) y se probó su rendimiento. “Al conectar la celda SolarFlow25 con un RFC convencional, los combustibles electroquímicos se fotocargaron y descargaron en funcionamiento continuo mostrando una fotocorriente imparcial de alrededor de 11 mA durante la fotocarga (100 mW / cm 2 ) y una eficiencia de ida y vuelta de alrededor del 0,15% ”, Enfatizaron los académicos. “Estos resultados de la fotocarga se mejoraron aún más utilizando un nanocubo esponjoso, α -Fe2O3, fotoelectrodo que proporcionó una fotocorriente imparcial de alrededor de 40 mA durante la fotocarga, lo que resultó en una eficiencia de ida y vuelta de alrededor del 0,44% durante los 10 ciclos / 14 horas demostración.»

Se afirma que estos niveles de eficiencia son cuatro veces más altos que cualquier otro resultado informado hasta la fecha para los SRFC impulsados por α-Fe 2 O 3 .

Los académicos enfatizaron que no se detectaron fugas o problemas eléctricos para el dispositivo durante el experimento , lo que dijeron que sienta las bases para mejorar aún más la tecnología propuesta. “Esperamos que nuestra contribución ayude a acercar los SRFC a la comercialización, en camino de revolucionar el almacenamiento de energía para hogares y aplicaciones estacionarias”, concluyó Silva Lopes.

El dispositivo se describe en el estudio “Una celda de flujo solar Redox de 25 cm 2 : enfrentando los desafíos de ingeniería del mejoramiento”,  publicado en Advanced Energy Materials .

En julio de 2020, investigadores de las universidades estatales de Wisconsin-Madison y Utah, en los Estados Unidos, presentaron una batería de flujo redox de bajo costo alimentada por células solares en tándem de perovskita-silicio . Este dispositivo combina células solares fotoelectroquímicas con tecnología de batería de flujo redox orgánico acuoso y tiene una eficiencia de salida de energía solar del 20,1%.

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