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Batería de flujo semisólido

Batería de flujo semisólido
Ilustración esquemática de un diseño típico de batería de flujo semisólido [1]

Una batería de flujo semisólida es un tipo de batería de flujo que utiliza materiales activos de batería sólida o que involucra especies sólidas en el fluido portador de energía. Un equipo de investigación del MIT propuso este concepto utilizando materiales de batería de iones de litio . [2] En un sistema de este tipo, tanto el electrodo positivo (cátodo) como el negativo (ánodo) consisten en partículas de material activo con negro de carbono suspendido en electrolito líquido. Las suspensiones de material activo se almacenan en dos tanques de almacenamiento de energía. Las suspensiones se bombean a la celda de reacción electroquímica durante la carga y la descarga. Este diseño aprovecha tanto la flexibilidad de diseño de las baterías de flujo como los materiales activos de alta densidad energética de las baterías de iones de litio .

Modo de flujo y química

Se exploraron dos modos de flujo diferentes, el modo de flujo intermitente y el modo de flujo continuo. En un modo de flujo intermitente, las suspensiones se bombean a la celda de reacción electroquímica en forma de lotes y se bombea un nuevo lote solo después de que el lote anterior se haya cargado/descargado por completo. Sin embargo, en un modo de flujo continuo, las suspensiones se bombean continuamente a través de la celda de reacción electroquímica durante el proceso de carga/descarga. Al usar materiales activos de batería de iones de litio , la densidad de energía del sistema de batería de flujo se puede mejorar significativamente. También se demostró un sistema acuoso además del orgánico. [3] También se han explorado otras químicas para este sistema, como la batería de iones de sodio , la batería de litio-azufre y otras.

Una ilustración de una batería de flujo semisólido libre de carbono típica, o batería de flujo de dispersión sólida [4]

Desarrollos del sistema

Batería de flujo de dispersión sólida

A pesar de la importante ventaja de este sistema, una limitación clave era la alta viscosidad, que hace que el consumo de energía para el bombeo sea muy alto, disminuyendo así la eficiencia energética. Otro equipo de investigación de la Universidad de Virginia informó sobre un sistema de batería de flujo libre de carbono. [5] En este nuevo sistema, también llamado batería de flujo de dispersión sólida , se descubrió un nuevo mecanismo de reacción en el que las reacciones electroquímicas se producen en función de las colisiones de partículas. [6]

Batería de flujo con objetivo redox

Batería de flujo con objetivo redox
Una ilustración de una batería de flujo con objetivo redox típica [7]

Otro enfoque consiste en bombear únicamente la fase líquida, dejando los materiales activos sólidos en los tanques de almacenamiento de energía. Un grupo de investigación informó sobre una batería de flujo con objetivo redox. [8] Hay materiales con objetivo redox disueltos en el electrolito y se producen reacciones electroquímicas entre las especies disueltas. A continuación, los materiales sólidos se oxidan o reducen químicamente. Al mantener los materiales sólidos en los tanques, solo se bombea el electrolito líquido. Esto ahorra energía de bombeo, aunque se sacrifica la eficiencia del voltaje. [9]

Referencias

  1. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (julio de 2017). "Artículo de revisión: Sistemas de baterías de flujo con materiales electroactivos sólidos". Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena . 35 (4): 040801. Bibcode :2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.
  2. ^ Duduta, Mihai; Ho, Bryan; Wood, Vanessa C .; Limthongkul, Pimpa; Brunini, Victor E.; Carter, W. Craig; Chiang, Yet-Ming (20 de mayo de 2011). "Batería de flujo recargable de litio semisólida". Materiales de energía avanzada . 1 (4): 511–516. Código Bibliográfico :2011AdEnM...1..511D. doi :10.1002/aenm.201100152. ISSN  1614-6832. S2CID  97634258.
  3. ^ Li, Zheng; Smith, Kyle C.; Dong, Yajie; Baram, Nir; Fan, Frank Y.; Xie, Jing; Limthongkul, Pimpa; Carter, W. Craig; Chiang, Yet-Ming (2013). "Celda de flujo semisólida acuosa: demostración y análisis". Química física Química Física . 15 (38): 15833–9. Bibcode :2013PCCP...1515833L. doi :10.1039/C3CP53428F. ISSN  1463-9076. PMID  23995625.
  4. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (julio de 2017). "Artículo de revisión: Sistemas de baterías de flujo con materiales electroactivos sólidos". Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena . 35 (4): 040801. Bibcode :2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.
  5. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (15 de agosto de 2016). "Un par redox de dispersión sólida de iones de litio sin carbono con baja viscosidad para baterías de flujo redox". Journal of Power Sources . 323 : 97–106. Bibcode :2016JPS...323...97Q. doi : 10.1016/j.jpowsour.2016.05.033 . ISSN  0378-7753.
  6. ^ Qi, Zhaoxiang; Dong, Hongxu; Koenig, Gary M. (1 de noviembre de 2017). "Caracterización electroquímica de materiales de cátodos de baterías de iones de litio con dispersiones acuosas fluidas". Electrochimica Acta . 253 : 163–170. doi : 10.1016/j.electacta.2017.09.031 . ISSN  0013-4686.
  7. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (julio de 2017). "Artículo de revisión: Sistemas de baterías de flujo con materiales electroactivos sólidos". Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena . 35 (4): 040801. Bibcode :2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.
  8. ^ Huang, Qizhao; Yang, Jing; Ng, Chee Boon; Jia, Chuankun; Wang, Qing (2016). "Una batería de litio de flujo redox basada en las reacciones de orientación redox entre LiFePO4 y yoduro". Energy & Environmental Science . 9 (3): 917–921. doi : 10.1039/C5EE03764F . ISSN  1754-5692.
  9. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (julio de 2017). "Artículo de revisión: Sistemas de baterías de flujo con materiales electroactivos sólidos". Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena . 35 (4): 040801. Bibcode :2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.